KR20130031380A

KR20130031380A - Laser processing with multiple beams and respective suitable laser optics head

Info

Publication number: KR20130031380A
Application number: KR1020137003307A
Authority: KR
Inventors: 헤더 부스; 줄리안 캐쉬모어
Original assignee: 텔 쏠라 아게
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-03-28
Also published as: TW201210731A; CN102343484B; EP2590777A1; WO2012004230A9; DE202010013161U1; CN202278310U; WO2012004230A1; EP2590777B1; CN102343484A; JP2013535334A

Abstract

본 발명은 회절 광학 소자(11), 집광 대물렌즈(13) 및 조정 수단(21)을 포함하는 레이저 스크라이빙 장치에서 사용하도록 구성된 레이저 광학 헤드(10)에 관한 것이고, 회절 광학 소자(11) 및 집광 대물렌즈(13)는 하나의 공통된 광학 축(16)에서 상호 이격되도록 배치되고, 조정 수단(21)은 광학 축(16)에 수직하는 제3 평면에서 회절 광학 소자(11)를 회전시키도록 구성된다. 본 발명은 박막 태양 전지의 누설 전류 감소를 제공한다.The present invention relates to a laser optical head (10) configured for use in a laser scribing device comprising a diffractive optical element (11), a condensing objective lens (13) and an adjusting means (21), the diffractive optical element (11) And the condenser objective 13 is arranged to be spaced apart from each other at one common optical axis 16, and the adjusting means 21 rotates the diffractive optical element 11 in a third plane perpendicular to the optical axis 16. It is configured to. The present invention provides a reduction in leakage current of thin film solar cells.

Description

복수의 빔과 각각의 적합한 레이저 광학 헤드를 갖는 레이저 가공{LASER PROCESSING WITH MULTIPLE BEAMS AND RESPECTIVE SUITABLE LASER OPTICS HEAD}LASER PROCESSING WITH MULTIPLE BEAMS AND RESPECTIVE SUITABLE LASER OPTICS HEAD}

본 발명은 레이저 스크라이빙 장치에 사용되도록 구성된 레이저 광학 헤드 및 레이저 광학 헤드를 포함하는 레이저 스크라이빙 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기판의 표면 레이저 공정 방법과 박막 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더구나, 본 발명은 기판을 복수개의 세그먼트로 분할하는 레이저 스크라이빙 장치의 사용에 관한 것이다.The present invention relates to a laser scribing apparatus comprising a laser optical head and a laser optical head configured for use in a laser scribing apparatus. The present invention also relates to a method of surface laser processing of a substrate and a method of manufacturing a thin film solar cell. Moreover, the present invention relates to the use of a laser scribing apparatus for dividing a substrate into a plurality of segments.

그루브(grooves)를 형성하여 박막 레이저 태양전지 세그먼트를 스크라이빙하는 레이저의 사용이 여러 해에 걸쳐, 예를 들어 US 4,292,092 및 JP 59172274(US1985/4542578)에 자세하게 알려져 있다.
The use of lasers to form grooves to scribe thin film laser solar cell segments is known in detail over the years, for example in US Pat. No. 4,292,092 and JP 59172274 (US1985 / 4542578).

종래 기술에서 알려진 기존의 레이저 스크라이빙 도구의 광학 헤드는 주 그루브 방향에 수직하는 방향에 광학 헤드를 위치시키는 기계적 시스템의 조정에 의해 셀(cell) 세그먼트 폭에서의 변화를 제공한다. 캘리브레이션 절차는 분할 그루브의 요구되는 위치 및 그것의 실제 위치를 비교하고 수정하는데 사용된다. 이러한 캘리브레이션은 반복되는 절차 또는 룩업(look-up) 수정 테이블에 의존할 수 있다. 이러한 캘리브레이션 절차는 레이저 빔의 각각에 대해, 예를 들어, 복수의 광학 헤드의 각각에서 레이저 빔 별로 이른바 P1-P2-P3 스크라이빙 공정의 각각을 진행시키는 생산 환경에서 각 도구에 대해 분할되어 수행되어야 한다. 더구나, 이러한 캘리브레이션 공정은 셀 세그먼트 폭이 변화할 때마다 반복되어야 한다.
The optical head of a conventional laser scribing tool known in the art provides a change in cell segment width by adjustment of the mechanical system to position the optical head in a direction perpendicular to the main groove direction. The calibration procedure is used to compare and correct the required position of the split groove and its actual position. Such calibration may rely on repeated procedures or look-up correction tables. This calibration procedure is performed separately for each tool in a production environment where each of the so-called P1-P2-P3 scribing processes is carried out for each of the laser beams, for example for each of the plurality of optical heads. Should be. Moreover, this calibration process must be repeated each time the cell segment width changes.

연결된 '데드' 영역에서 세그먼트 상의 허용오차가 유지되고 스크라이브 '패턴' 교차가 방지되도록, 캘리브레이션이 필요하다. 캘리브레이션 절차의 어려움은 분할 그루브의 위치에 요구되는 정확도와 같이 증가할 것이고, 이는 자체로 요구되는 '데드' 영역의 함수이다: 예를 들어, 400μm의 '데드' 영역 폭은 20μm의 캘리브레이션 정확도만을 필요로 하지만, 200μm의 '데드' 영역 폭은 10μm 보다 우수한, 일반적으로 3μm의 캘리브레이션 정확도를 필요로 한다. 광학 헤드가 10μm 또는 이하에서 빔 위치 캘리브레이션 정확도 요구를 만족시키기에 충분하도록 정확하게 위치되는 것은 점점 더 어려워진다.
Calibration is necessary to maintain tolerances on the segments in the connected 'dead' areas and to avoid scribe 'pattern' intersections. The difficulty of the calibration procedure will increase with the accuracy required for the location of the split groove, which is a function of the 'dead' area required by itself: for example, a 'dead' area width of 400 μm requires only 20 μm of calibration accuracy. However, a 200μm 'dead' area width requires better than 10μm, typically 3μm calibration accuracy. It is increasingly difficult to position the optical head accurately enough to meet beam position calibration accuracy requirements at 10 μm or less.

일반적으로, 이러한 높은 정확성을 달성하기 위해 더 많이 관련되고 시간을 소비하는 캘리브레이션 절차가 필요하고 더 빈번하게 반복되어야 한다. 더구나, 생산 환경에서 P1-P2-P3 공정의 각각을 수행하는 다른 도구의 많은 가능한 조합은 일반적으로 각각의 레이저 스크라이빙 도구에 대한 성능 한계보다 전체 생산 라인에서 '데드' 영역에 대한 안전 한계가 상당히 더 크게 설정되어야 하도록 분할 그루브 위치 설정 오차의 축적으로 나타난다.
In general, more relevant and time consuming calibration procedures are needed and must be repeated more frequently to achieve this high accuracy. Moreover, many possible combinations of different tools to perform each of the P1-P2-P3 processes in a production environment generally have a safety limit for the 'dead' area on the entire production line rather than a performance limit for each laser scribing tool. This results in an accumulation of split groove positioning errors that must be set significantly larger.

본 발명의 목적은 '데드' 영역의 폭을 감소시키는 반면, 박막 태양전지를 스크라이빙하는 매우 정확하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공하는 레이저 스크라이빙 장치에서 사용을 위해 구성된 광학 헤드를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide an optical head configured for use in a laser scribing apparatus which reduces the width of the 'dead' region, while providing a very accurate and reliable method of scribing thin film solar cells. .

이러한 목적은 독립항에 의해 달성될 수 있다. 효과적인 실시예는 종속항에서 주어진다.
This object can be achieved by the independent claims. Effective embodiments are given in the dependent claims.

특히, 본 발명은 회절 광학 소자, 집광 대물렌즈 및 조정 수단을 포함하는 레이저 스크라이빙 장치에서 사용하도록 구성된 광학 헤드를 제공하고, 회절 광학 소자와 집광 대물렌즈는 하나의 공통 광학 축 상에 상호 이격되도록 배치되고 조정 수단은 광학 축에 직교하는 제3 평면에서 회절 광학 소자를 회전하도록 설정된다.
In particular, the present invention provides an optical head configured for use in a laser scribing device comprising a diffractive optical element, a focusing objective lens and an adjusting means, wherein the diffractive optical element and the focusing objective lens are spaced apart from one another on a common optical axis. And adjusting means are set to rotate the diffractive optical element in a third plane orthogonal to the optical axis.

회절 광학 소자(Diffractive optical element: DOE)는 바람직하게, 입사광 빔, 즉 레이저 빔을 특정한 평면에 놓여있는 복수의 빔으로 분광 가능하게 하는, 단일의, 소형 광학계이다. 단일의 DOE로부터 생성되는 모든 빔은 거의 같은 강도를 갖고 서로 일정한 각 간격을 향하며, 광학 헤드의 광학 축에 중심을 둔다. DOE로부터의 복수의 빔은 집광 대물렌즈로 입사하고, 집광 대물렌즈는 바람직하게 태양 전지 층 부착의 공정에서 태양 전지를 향한 빔을 향하고 집광한다. 집광 대물렌즈의 광학 성능은 바람직하게 DOE의 구체적인 빔 분광 각 간격과 광학 헤드 및 태양 전지 사이 거리에 매칭된다.
A diffractive optical element (DOE) is preferably a single, compact optical system that enables spectroscopic spectra of an incident light beam, ie a laser beam, into a plurality of beams lying in a particular plane. All beams produced from a single DOE have approximately the same intensity, face each other at regular intervals, and are centered on the optical axis of the optical head. A plurality of beams from the DOE enter the condensing objective lens, and the condensing objective lens is preferably directed and condensed towards the solar cell in the process of attaching the solar cell layer. The optical performance of the condenser objective is preferably matched to the specific beam spectral angular spacing of the DOE and the distance between the optical head and the solar cell.

따라서, 광학 헤드는 다른 세그먼트로 태양 전지를 패터닝하기 위한 바람직한 가능성을 제공한다. 집광 대물렌즈는 예를 들어, 렌즈, 필드 렌즈, 리이미징 렌즈, 스트립 거울 및/또는 다른 수단과 같은 종래 알려진 집광 수단을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 광학 헤드는 입사 및/또는 출사 빔의 더 큰 직경을 생산하는데 필요한 확장 망원경 광학 수단을 포함한다.
Thus, the optical head offers a desirable possibility for patterning solar cells into different segments. The condensing objective lens may comprise conventionally known condensing means such as, for example, lenses, field lenses, reimaging lenses, strip mirrors and / or other means. In another embodiment the optical head comprises extended telescopic optical means necessary to produce a larger diameter of the incident and / or exit beam.

바람직하게, DOE로 입사하는 입사 빔이 예를 들어, 기판 및/또는 태양 전지 위의 집광 대물렌즈에 의해 광학적으로 전송되도록 DOE 및 집광 대물렌즈는 공통의 광학 축 상에 배열된다. DOE는 바람직하게 입사 빔을 복수의 분할된 빔으로 분광하는 위상 격자 소자로 제공된다. 바람직하게, 빔은 레이저 빔으로 제공되고 대체로 가우시안 강도 분포를 갖는다. 복수의 분할된 빔은 바람직하게 빔 분배 방향에 평행 및/또는 제3 평면에 수직인 축 주변에서 회전가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 광학 헤드는 기판 표면 내에 그루브를 형성하고, 인접하는 빔 사이에서 발생하는 광학 축 주변의 DOE 회전에 의해, 즉 광학 축에 수직인 제3 평면에서 피치는 쉽고 정확하게 조정될 수 있다.
Preferably, the DOE and condenser objectives are arranged on a common optical axis such that the incident beam entering the DOE is optically transmitted by, for example, a condenser objective on the substrate and / or the solar cell. The DOE is preferably provided as a phase grating element that spectrographs the incident beam into a plurality of split beams. Preferably, the beam is provided as a laser beam and has a generally Gaussian intensity distribution. The plurality of split beams is preferably rotatable about an axis parallel to the beam distribution direction and / or perpendicular to the third plane. Thus, the optical head according to the invention forms a groove in the substrate surface, and the pitch can be easily and accurately adjusted by DOE rotation around the optical axis occurring between adjacent beams, ie in a third plane perpendicular to the optical axis. .

본 발명에 따라 DOE를 포함하는 광학 헤드는 DOE로부터 빔 분광의 안정성이 발생된 복수빔의 안정성, 예를 들어, 에너지 분배 및 위치 정확도가 종래기술에 비해 감소 및/또는 최소화된 '데드' 영역을 통해 매우 우수한 성능을 가능하게끔 전환될 수 있도록 매우 간편한 방식으로 제조될 수 있고, 매우 정확하게 구성된다. 더구나, 본 발명에 따른 광학 헤드는 광학 축에 대한 DOE의 간단한 회전에 의해 셀 세그먼트 폭을 조정하는 매우 간편한 능력을 제공하고, 복수 빔의 위치 및 안정성 특성을 여전히 유지한다. 종래 기술과 대조적으로, 오직 하나의 캘리브레이션 공정이 DOE 회전각을 셀 세그먼트 폭과 관련시킴으로써 도구 준비와 조정 시간을 감소시키기 위해 요구된다. 본 발명에 따른 광학 헤드는 태양 전지의 패터닝 아이솔레이션 그루브를 위해 사용할 때 특히 유리하다. DOE의 사용으로 인해, 처리량의 개선이 달성될 수 있고, 0°또는 90°중 하나의 각에 인접하거나 동일한 각으로 회전하는 DOE와 같이 모든 복수의 빔을 사용하는 분할 그루브의 패터닝은 복수의 그루브를 동시에 스크라이빙하고, 바람직하게 광학 헤드에 대해 기판이 이동하는 동안 단일 공정 패스에서 인접하게 이격되거나 중첩되어 그루브가 상당히 제어되고 정확한 방법으로 패터닝된다. 따라서, 본 발명은 예를 들어, 태양 전지의 세그먼트 폭의 간단한 변형을 제공하는 빔 분광의 이로운 사용을 제안하고, 주 분할 그루브 방향, 즉 태양 전지의 엣지에 평행하거나 수직인 분할 그루브의 빠른 생산을 가능하게 하는 빔 분광에 대해 이로운 사용을 제안한다. 본 발명의 다른 이점으로 광학 헤드 및/또는 레이저 스크라이빙 장치는 이러한 박막 태양 전지의 누설 전류를 감소시킨다.
According to the present invention, an optical head comprising a DOE provides a 'dead' region in which the stability of multiple beams from which the beam spectroscopy is generated from the DOE, eg, energy distribution and position accuracy, is reduced and / or minimized compared to the prior art. It can be manufactured in a very simple way and can be configured very precisely so that it can be switched to enable very good performance. Moreover, the optical head according to the present invention provides a very simple ability to adjust the cell segment width by simple rotation of the DOE about the optical axis and still maintains the position and stability characteristics of the multiple beams. In contrast to the prior art, only one calibration process is required to reduce tool preparation and adjustment time by associating the DOE rotation angle with the cell segment width. The optical head according to the invention is particularly advantageous when used for patterning isolation grooves in solar cells. Due to the use of the DOE, an improvement in throughput can be achieved and the patterning of the split groove using all the plurality of beams, such as the DOE rotating at or adjacent to the same angle of either 0 ° or 90 °, results in a plurality of grooves. Are scribed simultaneously, and the grooves are patterned in a highly controlled and accurate manner, preferably adjacently spaced or superimposed in a single process pass while the substrate is moved relative to the optical head. Thus, the present invention proposes an advantageous use of beam spectroscopy, for example, to provide a simple modification of the segment width of a solar cell, and allows for rapid production of split grooves that are parallel or perpendicular to the main split groove direction, ie the edge of the solar cell. We propose an advantageous use for beam spectroscopy that makes it possible. Another advantage of the present invention is that the optical head and / or laser scribing device reduces the leakage current of such thin film solar cells.

본 발명의 추가적인 선호되는 실시예에서, 조정 수단은 광학 축에 대한 회절 광학 성분을 회전시키는 전동 스테이지 및/또는 스테퍼 모터를 포함한다. 다른 선호되는 실시예에서, 레이저 광학 헤드는 제어기를 포함하고, 제어기는 광학 축의 한정된 각 위치에서 회절 광학 성분을 위치시키도록 구성된다. 명세서에서, 조정 수단은 바람직하게 1mrad 이하의 정확도로, 바람직하게는 0.1mrad 이하의 정확도로, 좀 더 바람직하게는 0.01mrad 이하의 정확도로 회절 광학 소자를 위치시키도록 구성된다. 이러한 실시예는 광학 축에 대해 회절 광학 성분의 매우 정확한 회전을 가능하게 하고, 이는 결국 목표, 즉 기판 및/또는 태양 전지 상의 복수의 빔의 매우 정확한 배치를 가능하게 한다. 바람직하게, 상기 기술된 수단을 사용할 때, 빔 위치 정확도는 10μm 이하이고, 더 바람직하게는 3μm 이하이다. 따라서, 이러한 실시예는 '데드' 영역이 오직 200μm 미만의 폭으로 형성되는 것을 가능하게 한다.
In a further preferred embodiment of the invention, the adjusting means comprises a motorized stage and / or stepper motor for rotating the diffractive optical component about the optical axis. In another preferred embodiment, the laser optical head includes a controller, the controller configured to position the diffractive optical component at defined angular positions of the optical axis. In the specification, the adjusting means is preferably configured to position the diffractive optical element with an accuracy of 1 mrad or less, preferably with an accuracy of 0.1 mrad or less, and more preferably with an accuracy of 0.01 mrad or less. This embodiment allows for a very accurate rotation of the diffractive optical component about the optical axis, which in turn enables a very accurate placement of the plurality of beams on the target, ie the substrate and / or the solar cell. Preferably, when using the means described above, the beam position accuracy is 10 μm or less, more preferably 3 μm or less. Thus, this embodiment allows the 'dead' region to be formed with a width of only less than 200 μm.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 회절 광학 소자 및 집광 대물렌즈는 공통 하우징에 포함되고, 공통 하우징은 환경적인 변화로 인한 열적 팽창에 대한 공통 하우징의 감도를 감소시키도록 구성된 물질을 포함한다. 이에 관련하여, 상기 물질은 바람직하게 용융 실리카인, 저 팽창 물질을 포함하는 것이 더 바람직하다. 이러한 모든 캘리브레이션은 정확성, 특히 회절 광학 소자 및/또는 회절 광학 소자에 의해 발생되는 복수의 빔의 회전의 시간상 정확성은 더 증가하고, 이에 따라 기판의 매우 정확한 레이저 스크라이빙이 가능하다.
In another preferred embodiment of the present invention, at least the diffractive optical element and the condenser objective are included in the common housing, the common housing comprising a material configured to reduce the sensitivity of the common housing to thermal expansion due to environmental changes. In this regard, it is more preferred that the material comprises a low expansion material, which is preferably fused silica. All these calibrations further increase the accuracy, in particular the temporal accuracy of the rotation of the plurality of beams generated by the diffractive optical element and / or the diffractive optical element, thus enabling highly accurate laser scribing of the substrate.

본 발명의 다른 실시예에서, 회절 광학 소자 및 집광 대물렌즈는 70mm 이상 150mm 이하, 바람직하게는 25mm 이상 50mm 이하의 거리로 이격되어 있다. 바람직하게, DOE의 각 간격은 1.5°이상 6.5°이하, 더 바람직하게 3°이상 5°이하의 범위이다. 집광 대물렌즈의 적합한 광학 직경은 바람직하게 15mm 이상 70mm 이하, 더 바람직하게 25mm 이상 50mm 이하의 범위이다.
In another embodiment of the present invention, the diffractive optical element and the condenser objective lens are spaced at a distance of 70 mm or more and 150 mm or less, preferably 25 mm or more and 50 mm or less. Preferably, each interval of the DOE is in the range of 1.5 ° to 6.5 °, more preferably 3 ° to 5 °. Suitable optical diameters of the condenser objective are preferably in the range of 15 mm or more and 70 mm or less, more preferably 25 mm or more and 50 mm or less.

본 발명의 목적은 위치 설정 수단, 상기 기술된 레이저 광학 헤드 및 이동 수단을 포함하는 기판 표면을 가공하는 레이저로 구성된 레이저 스크라이빙 장치를 더 다루는데 있고, 위치 설정 수단은 제1 평면에서 상기 기판을 상기 가공될 상기 표면과 정렬시키도록 구성되고, 상기 레이저 광학 헤드는 입사 레이저 빔을 분광함으로써 복수의 레이저 빔을 형성하여, 상기 복수의 레이저 빔이 서로 미리 정해진 일정한 거리를 나타내고, 상기 복수의 레이저 빔이 평행하게 정렬되어 제2 평면을 형성하도록 구성되고, 상기 집광 대물렌즈는 표면에서 평행 그루브를 가공하기 위해 기판 상으로 상기 복수의 레이저 빔을 집광하여, 상기 제1 평면 및 제2 평면이 교차 라인을 형성하고, 상기 기판 상에 입사하는 각각의 레이저 빔에 의해 표면에서 가공된 상기 그루브가 서로 피치만큼 이격되도록 구성하고, 상기 이동 수단은 이동 방향으로 상기 기판에 대해 상기 레이저 광학 헤드를 이동시키도록 구성된다. It is an object of the present invention to further address a laser scribing device comprising a laser for processing a substrate surface comprising a positioning means, a laser optical head and a moving means as described above, wherein the positioning means is adapted to position the substrate in a first plane. And a laser optical head to form a plurality of laser beams by spectroscopy an incident laser beam such that the plurality of laser beams exhibit a predetermined constant distance from each other, the plurality of laser beams And are arranged in parallel to form a second plane, the condenser objective lens condenses the plurality of laser beams onto a substrate for processing parallel grooves on a surface such that the first and second planes intersect. The grooves processed at the surface by respective laser beams incident on the substrate; Are spaced apart from each other by a pitch, and the moving means is configured to move the laser optical head with respect to the substrate in a direction of movement.

이러한 레이저 스크라이빙 장치는 기판의, 바람직하게는 태양 전지 기판의 매우 정확하고 신뢰성있는 스크라이빙을 제공한다. 기판은 당업자에게 알려진 임의의 기판일 수 있다. 더 바람직하게 기판은 태양 전지, 예를 들어, 박막 태양 전지에서 제공될 수 있다. 이러한 박막 태양 전지는 일반적으로 상면에 투과성, 또는 반투과성 전극 층이 부착되고, 이어서 PIN 또는 NIP(N:음으로 도핑된 실리콘, I: 진성 실리콘, P:음으로 도핑된 실리콘)구조의 얇은 비정질 및/또는 미정질 실리콘 막으로 형성되는 광전 변환 반도체 및 후면 전극층을 포함하는 유리 기판을 포함한다. 후면 전극은 다시 반사층, 전도성의 반사 금속 층 또는 기술적인 등가물질을 더한 투과성 전도층을 포함할 수 있다. 광전 변환 반도체층은 단일, 탠덤(tandem) 또는 복수의 정션으로 형성될 수 있고; 각 정션은 다시 PIN 또는 NIP 구조를 갖는다. 따라서, 전극 층은 레이저 스크라이빙 장치에 의해 가공되는 표면을 갖는다.
Such a laser scribing device provides very accurate and reliable scribing of a substrate, preferably of a solar cell substrate. The substrate can be any substrate known to those skilled in the art. More preferably the substrate may be provided in a solar cell, for example a thin film solar cell. Such thin film solar cells generally have a thin amorphous layer of a transparent or semi-permeable electrode layer on the top, followed by a PIN or NIP (N: negatively doped silicon, I: intrinsic silicon, P: negatively doped silicon) structure and And / or a glass substrate comprising a photoelectric conversion semiconductor and a back electrode layer formed of a microcrystalline silicon film. The back electrode may again comprise a transparent conductive layer plus a reflective layer, a conductive reflective metal layer or a technical equivalent. The photoelectric conversion semiconductor layer may be formed of a single, tandem or a plurality of junctions; Each junction again has a PIN or NIP structure. Thus, the electrode layer has a surface that is processed by a laser scribing device.

유리 기판은 당업자에게 알려진 박막 장치의 제조에 적합한 임의의 유리 기판일 수 있다. 바람직한 실시예에서 유리는 플로트(float) 유리, 보안 유리 및/또는 석영 유리이다. 플로트 유리, 바람직하게 태양 전지의 생산에 공통적으로 사용되는 더 큰 크기의 플로트 유리는 바람직하게 연속적으로, 형성 챔버 내에서 틴 배스(tin bath)에 확장되는 용융 유리를 전달함으로써 일반적으로 생산된다. 결과적으로, 용융 유리는 틴 표면 상에 확장되거나, 그리고/또는 평평한 연속적인 유리 시트 또는 층으로 적어도 하나의 방향으로 적절한 수단에 의해 인출된다. 쉐이프의 냉각 및 견인 공정을 유의하여 제어함에 의해, 생성되는 유리 시트의 두께도 조절될 수 있다.
The glass substrate can be any glass substrate suitable for the manufacture of thin film devices known to those skilled in the art. In a preferred embodiment the glass is float glass, security glass and / or quartz glass. Float glass, preferably larger sized float glass commonly used in the production of solar cells, is generally produced by delivering molten glass that continuously extends to a tin bath in a forming chamber. As a result, the molten glass extends on the tin surface and / or is drawn by appropriate means in at least one direction into a flat continuous glass sheet or layer. By carefully controlling the cooling and pulling process of the shape, the thickness of the resulting glass sheet can also be adjusted.

본 발명에 따른 박막층은 당업자에게 알려진 다양한 부착 기술에 의해 부착될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 박막층은 진공 스퍼터링 공정과 같이, 화학 기상 증착(CVD) 또는 물리 기상 증착(PVD)에 의해 부착될 수 있다. 더 바람직하게, 증기 증착 공정은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition), APCVD(Atmospheric pressure chemical vapor deposition) 및/또는 MOCVD(Metal organic chemical vapor deposition)이다.
The thin film layer according to the present invention may be attached by various attachment techniques known to those skilled in the art. In a preferred embodiment of the present invention, the thin film layer may be deposited by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD), such as a vacuum sputtering process. More preferably, the vapor deposition process is plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) and / or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).

유리 기판 상에 부착되는 투광 전극은 당업자에게 알려진 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게 TCO(Transparent Conducting Oxide), 더 바람직하게 ZnO 또는 ITO를 포함한다. 전면 전극의 부착은 진공/전자관 스퍼터링, 증착 또는 CVD, 더 바람직하게 LPCVD 그리고 가장 바람직하게 ZnO 박막층을 형성하기 위해 디에틸 아연을 전구체로 사용하는 LPCVD에 의해 수행될 수 있다.
The light transmitting electrode attached on the glass substrate may include any suitable material known to those skilled in the art. Preferably TCO (Transparent Conducting Oxide), more preferably ZnO or ITO. Attachment of the front electrode can be performed by vacuum / electron sputtering, deposition or CVD, more preferably LPCVD and most preferably LPCVD using diethyl zinc as a precursor to form a ZnO thin film layer.

당업자는 바람직하게 평면 테이블 및/또는 기판에 대한 배열을 위한 지지대인 위치 설정 수단으로 적합한 방법을 제공할 수 있다. 동일한 방법으로, 당업자는 예를 들어, US 4,292,092 및/또는 US 1985/4542578에서 알려진 바와 같이, 회절 광학 소자 상으로 입사되는 레이저 빔을 나타내는 레이저 수단을 제공한다. 바람직하게, 레이저 수단은 2차 고조파 파장(532nm) 및/또는 3차 고조파 파장(355nm)에서, 스펙트럼의 IR(infra-red) 영역에서 동작하고, 레이저 수단은 펄스 길이가 0.01 에서 50 나노초에서 펄스되고, 1kHz 에서 40MHz의 범위에서, 바람직하게 40MHz의 범위 내의 펄스 반복 주파수에서 동작한다. 레이저 스크라이빙 장치에 의해 기판에서 진행된 그루브는, 예를 들어, P1, P2 및/또는 P3 패턴과 엣지 및/또는 횡단의 분할 목적을 위한 단일 레이저 스크라이브 P4 패턴으로 불릴 수 있다. 이동 수단은 바람직하게 컨베이어 및/또는 벨트를 포함하고 일정한 속도로 이동하는 기판에 맞추어지며, 이동 방향은 바람직하게 진행된 그루브 방향에 평행하다. 다른 바람직한 실시예에서 이동 수단은 기판이 복수의 경로로 레이저 스크라이브 되도록 이동하는 광학 헤드로 구성된다.
A person skilled in the art can provide a suitable method as positioning means which is preferably a support for an arrangement with respect to a flat table and / or substrate. In the same way, those skilled in the art provide laser means for indicating a laser beam incident on a diffractive optical element, for example as known from US 4,292,092 and / or US 1985/4542578. Preferably, the laser means operate in the infrared (red) region of the spectrum, at the second harmonic wavelength (532 nm) and / or the third harmonic wavelength (355 nm), and the laser means pulse at a pulse length of 0.01 to 50 nanoseconds. And a pulse repetition frequency in the range of 1 kHz to 40 MHz, preferably in the range of 40 MHz. The grooves advanced in the substrate by the laser scribing device may be called, for example, a single laser scribe P4 pattern for the purpose of dividing the P1, P2 and / or P3 pattern and the edge and / or the cross. The means of movement are preferably adapted to the substrate comprising the conveyor and / or the belt and moving at a constant speed, the direction of movement being preferably parallel to the progressed groove direction. In another preferred embodiment the moving means consists of an optical head which moves so that the substrate is laser scribed in a plurality of paths.

따라서, 본 발명에 따르면, 복수의 레이저 빔 분광이 기판에서 홈을 형성하는데 사용되는 회절 광학 성분에 의해 각각 형성되고, 각각의 레이저 빔은 미리 정해진 거리만큼 이격되며, 이는 회절 광학 소자의 각 간격에 종속되고, 기판에 형성되는 그루브는 피치만큼 서로 이격되어 있다. 조정 수단이 회전하는 회절 광학 소자로 구성됨에 따라, 피치의 크기는 변화할 수 있고, 이는 바람직하게 회절 광학 소자가 회전하는 각 위치에 관련된다. 본 명세서에서 다른 바람직한 실시예에 따르면, 조정 수단은 이동 방향 및 교차라인 사이의 각도를 변화시킴으로써 홈의 피치를 조정하도록 구성된다. 이는 피치의 크기가 회전하는 회절 광학 소자에 의해 조정이능함을 의미하고, 제1 평면 및 제2 평면에 의해 형성되는 교차라인과 이동 방향 사이의 각을 변화시킨다. 바람직하게, 이동 방향은 그루브의 방향과 동일하다. 더 바람직하게, 피치, 즉 스크라이브 거리는 두 인접하는 그루브 사이의 가장 짧은 거리이고, 인접하는 그루브의 각각에 수직하여 캘리브레이션된다.
Thus, according to the present invention, a plurality of laser beam spectroscopy are respectively formed by the diffractive optical components used to form grooves in the substrate, and each laser beam is spaced by a predetermined distance, which is at each interval of the diffractive optical element. Subordinate and grooves formed in the substrate are spaced apart from each other by a pitch. As the adjusting means consists of a rotating diffractive optical element, the magnitude of the pitch can change, which is preferably related to the angular position at which the diffractive optical element rotates. According to another preferred embodiment herein, the adjusting means is configured to adjust the pitch of the grooves by changing the angle between the moving direction and the crossing line. This means that the magnitude of the pitch is adjustable by the rotating diffractive optical element, changing the angle between the crossing line and the direction of movement formed by the first and second planes. Preferably, the direction of movement is the same as the direction of the groove. More preferably, the pitch, ie the scribe distance, is the shortest distance between two adjacent grooves and is calibrated perpendicular to each of the adjacent grooves.

추가적인 바람직한 실시예에서, 각은 0°이상 90°이하, 및/또는 각은 적어도 2개의 인접하는 그루브가 적어도 부분적으로 중첩하도록 구성된다. 예를 들어, 태양 전지의 모든 물질 층이 연속적인 영역에서 제거됨을 확실하게 하는 높은 정밀도는 적어도 2개의 인접하는 그루브의 중첩에 기인한다. 복수의 모든 레이저 빔에 의해 형성되는 '단일' 그루브는 바람직하게 0°의 각도에 기인하고, 레이저 빔의 거리와 동일한 피치는 바람직하게 90°의 각도에 기인한다.
In a further preferred embodiment, the angle is at least 0 ° and at most 90 °, and / or the angle is configured such that at least two adjacent grooves at least partially overlap. For example, the high precision that ensures that all material layers of the solar cell are removed in successive areas is due to the overlap of at least two adjacent grooves. The 'single' grooves formed by all of the plurality of laser beams are preferably due to an angle of 0 ° and a pitch equal to the distance of the laser beam is preferably due to an angle of 90 °.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제2 평면은 제1 평면에 본질적으로 직교으로 배열되고, 그리고/또는 광학 축은 제1 평면에 본질적으로 직교으로 배열된다. 레이저 광학 헤드는 3개 이상 9개 이하, 바람직하게 4개의 레이저 빔을 형성하도록 구성되고, 이에 의해 복수의 빔은 바람직하게 서로 평행이다. 추가적인 실시예에서, 조정 수단은 4mm 이상 10.8mm 이하, 바람직하게 5.5mm 이상 8.5mm 이하, 그리고 더 바람직하게 0.1mm 이하의 피치를 형성하도록 구성된다. 레이저 광학 헤드가 10μm 이하, 바람직하게 3μm 이하의 그루브 배치 정확도를 달성하도록 구성되는 것이 특히 바람직하다. 다른 실시예에서, 복수의 레이저 빔은 표면 상에 부착되는 박막 물질로 그루브를 가공하도록 구성된다. 박막 물질은 PIN 또는 NIP를 포함하는 비정질 및/또는 미정질 실리콘 막과, 박막 표면에 평행하도록 배치된 정션 구조를 포함할 수 있다. PIN/NIP 구조는 투광성 막 전극 사이에 샌드위치될 수 있고, 예를 들어, 투광성 기판 또는 슈퍼스트레이트인 기판의 하나의 주 표면 상에 상기 복수의 영역의 각각에서 확장될 수 있다.
In another preferred embodiment of the invention, the second plane is arranged essentially orthogonal to the first plane and / or the optical axis is arranged essentially orthogonal to the first plane. The laser optical head is configured to form three or more and nine or less, preferably four laser beams, whereby the plurality of beams are preferably parallel to each other. In a further embodiment, the adjusting means is configured to form a pitch of 4 mm or more and 10.8 mm or less, preferably 5.5 mm or more and 8.5 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less. It is particularly preferred that the laser optical head is configured to achieve groove placement accuracy of 10 μm or less, preferably 3 μm or less. In another embodiment, the plurality of laser beams is configured to process the grooves with thin film material that is attached to the surface. The thin film material may include an amorphous and / or microcrystalline silicon film comprising PIN or NIP, and a junction structure disposed parallel to the thin film surface. The PIN / NIP structure may be sandwiched between the light transmissive membrane electrodes and may extend in each of the plurality of regions on one major surface of the light transmissive substrate or the substrate, for example.

본 발명의 목적은 기판 표면을 가공하는 레이저에 관한 방법에 의해 더 달성될 수 있고, 이 방법은; 기판의 표면을 가공하는 레이저에 대한 방법에 있어서, (a) 상기 기판을 제1 평면에서 가공될 상기 표면과 정렬시키는 단계; (b) 단일의 레이저 광을 회절 광학 소자에 의해 분광함으로써 복수의 레이저 빔을 생성하여, 상기 복수의 레이저 빔이 서로 미리 정해진 일정한 거리를 나타내고, 상기 복수의 레이저 빔이 평행하게 정렬되어 제2 평면을 형성하는 단계; (c) 상기 표면에서 평행 그루브를 가공하기 위해 상기 기판 상으로 상기 복수의 레이저 빔을 집광하여 상기 제1 평면 및 제2 평면이 교차 라인을 형성하고, 상기 기판 상에 입사하는 각각의 레이저 빔에 의해 표면에서 가공될 그루브가 요구되는 상기 이동 방향 및 교차 라인 사이의 각 (90°-θ)을 변화시켜 조정가능한 피치만큼 서로 이격되는 단계; 및 (d) 상기 복수의 레이저 빔을 상기 이동 방향으로 상기 기판에 대해 이동시키는 단계;를 포함한다.
The object of the invention can be further achieved by a method relating to a laser for processing a substrate surface, which method comprises; CLAIMS 1. A method for a laser for processing a surface of a substrate, comprising: (a) aligning the substrate with the surface to be processed in a first plane; (b) generating a plurality of laser beams by spectroscopy of a single laser light with a diffractive optical element, wherein the plurality of laser beams exhibit a predetermined constant distance from each other, and the plurality of laser beams are aligned in parallel to a second plane Forming a; (c) condensing the plurality of laser beams onto the substrate for processing parallel grooves on the surface such that the first plane and the second plane form an intersecting line, and to each laser beam incident on the substrate; Spaced apart from each other by an adjustable pitch by varying the angle (90 [deg.]-[Theta]) between the direction of movement and the intersection line required by the groove to be machined at the surface; And (d) moving the plurality of laser beams relative to the substrate in the direction of movement.

추가적인 바람직한 실시예에서, 상기 제2 평면은 상기 제1 평면에 본질적으로 직교하도록 배열된다. 바람직하게 상기 이동 방향 및 교차 라인 사이에서 각의 변화는 상기 회절 광학 소자의 회전에 의해 영향을 받는다. 상기 회절 광학 소자를 회전시키는 것은 상기 복수의 빔을 집광하기 위한 집광 대물렌즈 및 상기 회절 광학 소자가 서로 이격되도록 배치되는 광학 축의 둘레로의 회전을 허용하는 이동 스테이지에 의해 영향을 받고, 복수의 레이저 빔을 집광하기 위한 집광 대물렌즈는 서로 이격하도록 배열되는 것이 더 바람직하다. 다른 실시예에서 상기 회절 광학 소자는 제3 평면에서 회전하고 상기 제3 평면은 입사하는 단일 레이저 빔 및/또는 제2 평면에 본질적으로 직교한다. 다른 실시예에서 본 발명은 상기 이동 방향 및 교차 라인 사이에서 각 조정의 단계를 포함한다. 다른 실시예에서 상기 각은 0°이상 90°이하이고, 그리고/또는 상기 각은 적어도 2개의 인접하는 그루브가 적어도 일부 중첩하도록 구성된다. 특별히 바람직한 실시예에서 (e) 단계는 적어도 부분적으로 중첩하는 그루브를 형성하도록 구성된 각으로 대안적으로 실행된다. 추가적인 바람직한 실시예에서 상기 회절 광학 소자는 3개 이상 9개 이하의 레이저 빔, 바람직하게는 4개의 레이저 빔을 형성하도록 구성된다. 바람직하게, 상기 이동 방향 및 교차 라인 사이에서 각은 상기 피치가 4mm 이상 10.8mm 이하, 바람직하게 5.5mm 이상 8.5mm 이하, 그리고 더 바람직하게 0.1mm 이하로 형성되도록 구성된다. 추가의 실시예에서 상기 회절 광학 소자는 그루브 위치 설정 정확도가 10μm 이하를 달성하도록 상기 기판 상에 상기 복수의 레이저 빔을 집광하도록 구성된다.
In a further preferred embodiment, the second plane is arranged to be essentially perpendicular to the first plane. Preferably the change in angle between the direction of movement and the crossing line is affected by the rotation of the diffractive optical element. Rotating the diffractive optical element is effected by a condensing objective lens for condensing the plurality of beams and a moving stage allowing rotation about an optical axis on which the diffractive optical element is arranged to be spaced apart from each other, the plurality of lasers The condensing objective lens for condensing the beam is more preferably arranged to be spaced apart from each other. In another embodiment the diffractive optical element rotates in a third plane and the third plane is essentially orthogonal to the incident single laser beam and / or the second plane. In another embodiment the invention comprises the step of angular adjustment between the direction of movement and the crossing line. In another embodiment the angle is at least 0 ° and at most 90 °, and / or the angle is configured such that at least two adjacent grooves at least partially overlap. In a particularly preferred embodiment step (e) is alternatively performed at an angle configured to form at least partially overlapping grooves. In a further preferred embodiment the diffractive optical element is configured to form at least three to nine laser beams, preferably four laser beams. Preferably, the angle between the moving direction and the crossing line is configured such that the pitch is formed to be 4 mm or more and 10.8 mm or less, preferably 5.5 mm or more and 8.5 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less. In a further embodiment the diffractive optical element is configured to focus the plurality of laser beams on the substrate such that groove positioning accuracy achieves 10 μm or less.

다른 실시예 및/또는 기판 표면적의 레이저 가공에 대한 방법의 이점은 상기 기술된 바와 같이 레이저 광학 헤드 및/또는 레이저 스크라이빙 장치로부터 당업자에 의해 달성될 수 있다.
Other embodiments and / or advantages of the method for laser processing of substrate surface area can be achieved by those skilled in the art from laser optical heads and / or laser scribing devices as described above.

본 발명의 목적은 박막 태양 전지를 형성하는 방법에 의해 더 달성될 수 있고 상기 방법은 (1) 기판 상에 박막 물질을 부착하는 단계; 및, (2) 상기 박막 물질이 가공되는 표면을 포함하여 상기 기재된 방법으로 상기 기판을 레이저 가공하는 단계; 또는 (2') 상기 박막 물질이 가공되는 표면을 포함하여 상기 기재된 레이저 스크라이빙 장치로 상기 기판을 레이저 가공하는 단계;를 포함한다.
The object of the present invention can be further achieved by a method of forming a thin film solar cell, the method comprising: (1) attaching a thin film material on a substrate; And (2) laser processing the substrate by the method described above, including the surface on which the thin film material is processed; Or (2 ') laser processing the substrate with the laser scribing apparatus described above, including the surface on which the thin film material is processed.

추가적인 바람직한 실시예에서, 상기 (2) 단계 또는 (2') 단계는 상기 기판 표면적의 적어도 20％를 레이저 가공한다. 바람직하게, 표면은 분할 그루브에 수직하는 방향으로 형성되는 리본에서 가공된다. 이러한 단계는 태양 전지의 광 투과성을 효과적으로 증가시키기 위해서 예를 들어, 수천개의 중첩하는 횡단 그루브에서 반복하여 수행될 수 있다.
In a further preferred embodiment, the step (2) or (2 ') laser lasers at least 20% of the surface area of the substrate. Preferably, the surface is processed in a ribbon that is formed in a direction perpendicular to the split groove. This step can be performed repeatedly, for example, in thousands of overlapping transverse grooves to effectively increase the light transmittance of the solar cell.

본 발명의 목적은 박막 태양 전지를 포함하는 기판을 복수의 세그먼트로 분할하기 위한 상기 기술된 레이저 스크라이빙 장치의 사용에서, 상기 박막 태양 전지는 기판과 상기 기판 상에 부착된 박막 물질을 포함하고, 상기 박막 물질은 레이저 스크라이빙 장치에 의해 가공되는 표면을 포함한다.
An object of the present invention is the use of the above-described laser scribing apparatus for dividing a substrate comprising a thin film solar cell into a plurality of segments, wherein the thin film solar cell comprises a substrate and a thin film material attached to the substrate. The thin film material includes a surface that is processed by a laser scribing device.

본 발명의 이러한 태양과 다른 태양은 이하 기술되는 실시예를 참고하여 명백하고 자세하게 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양 전지를 분할하는 스크라이브 라인을 포함하는 박막 태양 전지의 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 회절 광학 소자 및 레이저 광학 헤드의 집광 대물렌즈 사이의 광학 관계를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 헤드의 측면도 또는 단면도를 나타낸 도면이다.
도 4a, 4b 및 도 5a, 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 광학 헤드를 사용하는 다양한 어플리케이션에 있어서 복수의 레이저 빔을 생성하는 회절 광학 소자의 회전 및 인접하는 레이저 빔의 피치의 상황을 나타내는 도면이다.These and other aspects of the invention will be apparent and described in detail with reference to the embodiments described below.
1 is a view showing the principle of a thin film solar cell including a scribe line for dividing a solar cell according to the prior art.
2 is a diagram showing an optical relationship between a diffractive optical element and a light converging objective lens of a laser optical head according to a preferred embodiment of the present invention.
3A to 3C show side or cross-sectional views of an optical head according to a preferred embodiment of the present invention.
4A, 4B and 5A, 5B show the situation of the rotation of a diffractive optical element and the pitch of adjacent laser beams for generating a plurality of laser beams in various applications using a laser optical head according to a preferred embodiment of the present invention. It is a figure which shows.

도 1은 종래 기술에 따라 종래의 박막 태양 전지(1)의 개략적인 단면도를 나타낸 도면이다. 투과성 절연 기판(2) 상에 투과성 전면 전극층(3)이 배열되고, 광전 변환 반도체(4)가 투과성 전면 전극층(3) 상에 형성되고 투과성 후면 전극(5)이 광전 변환 반도체(4) 상에 형성된다. 광전 변환 반도체(4)는 얇은 비정질 및/또는 미정질 실리콘 막 스택을 포함한다.
1 is a schematic cross-sectional view of a conventional thin film solar cell 1 according to the prior art. The transmissive front electrode layer 3 is arranged on the transmissive insulating substrate 2, the photoelectric conversion semiconductor 4 is formed on the transmissive front electrode layer 3, and the transmissive back electrode 5 is formed on the photoelectric conversion semiconductor 4. Is formed. The photoelectric conversion semiconductor 4 comprises a thin amorphous and / or microcrystalline silicon film stack.

도 1은 또한 그루브(6, 7, 8)를 나타낸다. 이러한 구조의 목적은 전기적으로 직렬로 연결된 다수의 태양전지 세그먼트로 구성된 모놀리식(monolithic) 광전지 모듈을 형성하기 위한 것이다. 따라서 투과성 전극층(3)은 셀 세그먼트 폭을 결정하는 제1 분할 그루브(6)에 의해 나뉘어진다. 생산 공정 동안 종합적인 층의 부착이 층(3)-그루브(6)-층(4)-그루브(7)-층(5)-그루브(8)의 순으로 형성되는 경우에, 광전 변환 반도체층(4)은 그루브를 메운다. 그루브(7)는 투과성 후면 전극층(5)의 물질로 채워지고, 인접하는 셀(1) 사이의 전기적 접촉을 허용한다. 실제로, 하나의 셀(1)의 후면 전극(5)은 인접하는 셀(1)의 전면 전극(3)과 접촉한다. 후면 전극층(5)과 광전 변환 반도체(4)는 제2 분할 그루브(8)에 의해 마지막으로 나뉘어진다. 이러한 구조는 레이저 광 또는 다른 비슷한 수단을 채용함으로써 바람직하게 달성된다.
1 also shows grooves 6, 7 and 8. The purpose of this structure is to form a monolithic photovoltaic module consisting of a plurality of solar cell segments electrically connected in series. Thus, the transparent electrode layer 3 is divided by the first division groove 6 which determines the cell segment width. The photoelectric conversion semiconductor layer, in the case where the overall adhesion of the layer is formed in the order of the layer (3) -groove (6) -layer (4) -groove (7) -layer (5) -groove (8) during the production process. (4) fill the groove. The groove 7 is filled with the material of the transparent back electrode layer 5 and allows electrical contact between adjacent cells 1. In practice, the back electrode 5 of one cell 1 is in contact with the front electrode 3 of the adjacent cell 1. The back electrode layer 5 and the photoelectric conversion semiconductor 4 are finally divided by the second division groove 8. This structure is preferably achieved by employing laser light or other similar means.

박막 태양 전지(1)는 예를 들어 다음과 같은 과정으로 제조될 수 있다: 처음에 투과성 절연 기판(2) 위로, 투과성 전극층(3)이 예를 들어, LPCVD, 즉, 저압 CVD에 의해 부착된다. 그 후, 예를 들어, ZnO, SnO₂ 및/또는 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함하는 투과성 전도 산화물(TCO)로도 불리워지는 투과성 전극층(3)은, 투과성 전극층(3)을 복수의 인접하는 층으로 나누는 제1 분할 그루브(6)를 형성하기 위해, 상기 투과성 전극층(3)의 일부를 제거하도록 레이저 스크라이빙된다.
The thin film solar cell 1 may be manufactured, for example, in the following process: First, on the transparent insulating substrate 2, the transparent electrode layer 3 is attached by, for example, LPCVD, that is, low pressure CVD. . Subsequently, the transmissive electrode layer 3, also referred to as a transmissive conducting oxide (TCO) containing, for example, ZnO, SnO ₂ and / or ITO (Indium Tin Oxide), is a plurality of adjacent layers of the transmissive electrode layer 3. In order to form the first divided groove 6 divided by the laser scribed to remove a part of the transparent electrode layer (3).

그 다음, 이러한 패턴된 투과성 전극층(3) 위로, 광전 변환층 스택(4)을 부착하기 위해 PECVD가 채용된다. 층 스택(4)은 예를 들어, 얇은 비정질 실리콘의 p 도핑층, 진성 i층 및 n 도핑층의 적어도 하나를 포함한다. 이러한 공정은 다중 접합 비정질 실리콘 박막 태양 전지(1)를 형성하기 위해 반복될 수 있다. 따라서 p-i-n 정션은 광전 변환층(4)을 형성하기 위해 미정질 물질 또는 비정질 및 미정질 물질의 혼합으로부터 형성될 수 있다.
Then, over this patterned transparent electrode layer 3, PECVD is employed to attach the photoelectric conversion layer stack 4. The layer stack 4 comprises, for example, at least one of a p doped layer, an intrinsic i layer and an n doped layer of thin amorphous silicon. This process may be repeated to form a multi-junction amorphous silicon thin film solar cell 1. The pin junction can thus be formed from a microcrystalline material or a mixture of amorphous and microcrystalline materials to form the photoelectric conversion layer 4.

다음으로 광전 변환 반도체층(4)을 이러한 복수의 분할된 층(4)으로 분할하는 그루브(7)를 형성하기 위해 광전 변환 반도체층(4)의 일부를 제거하고자 광전 변환 반도체층(4)은 레이저 스크라이빙된다.
The photoelectric conversion semiconductor layer 4 is then removed to remove a portion of the photoelectric conversion semiconductor layer 4 to form a groove 7 that divides the photoelectric conversion semiconductor layer 4 into such a plurality of divided layers 4. Laser scribed.

그 다음, 후면 전극층(5)은 그루브(7)를 메우고 접촉 라인을 형성하며, 광전 변환 반도체층(4)을 덮도록 부착된다. 이 후면 전극층(5)은 다시 투과성 전도 산화물(TCO), 예를 들어, ZnO, SnO₂, ITO 또는 예들 들어, 알루미늄의 금속층, 또는 이러한 층의 조합일 수 있다.
The back electrode layer 5 then fills the groove 7 and forms a contact line, and is attached to cover the photoelectric conversion semiconductor layer 4. This back electrode layer 5 may again be a transparent conductive oxide (TCO), for example ZnO, SnO ₂ , ITO or a metal layer of for example aluminum, or a combination of these layers.

마지막으로, 광전 변환 반도체층(4) 및 후면 전극층(5)은 광전 변환 반도체층(4)을 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 광활성층(4), 또는 세그먼트로 분할하는 제2 분할 그루브(8)를 형성하기 위해 레이저 스크라이빙된다. 도 1에 도시된 박막 태양 전지(1)가 이에 따라 제조된다.
Finally, the photoelectric conversion semiconductor layer 4 and the back electrode layer 5 comprise a plurality of photoactive layers 4 electrically connected in series with the photoelectric conversion semiconductor layer 4, or second division grooves 8 for segmenting. Laser scribed to form a. The thin film solar cell 1 shown in FIG. 1 is thus produced.

본 발명은 TCO층(3)을 태양 전지(1)에 결쳐서 일반적으로 5 내지 10mm 간격으로 그루브(6)의 레이저 스크라이빙에 의해 전기적으로 분할된 복수의 영역으로 분할하는 것과 그 전체 길이를 연장하는 것을 개시한다. 부착 후에, 광전 변환 반도체층(4)은 이어서 레이저에 의해 스크라이빙된다. 이는 이러한 층에서 스크라이브된 그루브(7)가 전체 길이를 따라 일반적으로 5μm 내지 30μm 범위 내에서 TCO층(3)에서의 초기 그루브와 평행하고, 10μm 내지 50μm 범위의 일반적인 간격으로 초기 그루브(6)에 가능한한 가까울 것을 요구한다.
The present invention divides the TCO layer 3 into solar cells 1 and divides the entire length into a plurality of regions electrically divided by laser scribing of the grooves 6 at intervals of 5 to 10 mm. Start extending. After deposition, the photoelectric conversion semiconductor layer 4 is subsequently scribed by a laser. This means that the scribed grooves 7 in this layer are parallel to the initial grooves in the TCO layer 3, generally in the range of 5 μm to 30 μm along the entire length, and in the initial groove 6 at regular intervals in the range of 10 μm to 50 μm. It needs to be as close as possible.

후면 전극층(5)의 부착 후에, 세그먼트의 전기적인 직렬 상호 연결을 완성하기 위해 후면 전극층(5)과 광전 변환 반도체층(5)을 동시에 분할하는 제2 분할 그루브(8)를 형성하기 위해 레이저가 사용된다. 그루브(8)는 전체 길이를 따라 일반적으로 5μm 내지 30μm 범위 내에서 TCO층(3)에서의 초기 그루브(6)와 평행하고, 10μm 내지 150μm의 일반적인 간격으로 광전 변환 반도체층에서의 그루브(7)가 가능한한 가깝도록 스크라이빙된다.
After attachment of the back electrode layer 5, a laser is formed to form a second split groove 8 that simultaneously divides the back electrode layer 5 and the photoelectric conversion semiconductor layer 5 to complete the electrical series interconnection of the segments. Used. The grooves 8 are parallel to the initial grooves 6 in the TCO layer 3 along the entire length, generally in the range of 5 μm to 30 μm, and grooves 7 in the photoelectric conversion semiconductor layer at regular intervals of 10 μm to 150 μm. Is scribed as close as possible.

태양 전지 세그먼트의 직렬 상호 연결을 나타내는 결과에 따른 태양 전지(1)는 이러한 박막 태양 전지(1)의 누설 전류의 감소를 가능하게 하고, 전체 패널에 의해 생성된 전압은 각 셀 및 내에서 생성된 전위와 셀의 개수의 곱에 의해 주어진다. 일반적으로 1.4m²의 패널은 50 내지 200개의 셀로 나뉘어지고 전체 패널의 출력 전압은 30 내지 200V의 범위이다.
The solar cell 1 as a result showing the series interconnection of the solar cell segments enables the reduction of the leakage current of this thin film solar cell 1, the voltage generated by the entire panel being generated within each cell and within It is given by the product of the potential and the number of cells. In general, a 1.4m ² panel is divided into 50 to 200 cells and the output voltage of the entire panel is in the range of 30 to 200V.

US 4,292,092 및 JP 59172274(US1985/4542578)에 기술된 이러한 물질 외에, 많은 다른 물질이 박막 태양 전지(1)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 것들 중에 CdTe(cadmium telluride), CIS(copper indium diselenide), CIGS(copper-indium-gallium-diselenide) 및 CSG(crystal silicon on glass)에 기초한 광전 변환 반도체층(4)을 갖는 다른 동등한 효과적인 장치가 만들어진다. 레이저는 일반적으로 이러한 장치에서 직렬 상호 연결을 이용하여 복수의 태양 전지(1)를 형성하기 위해 층(3, 4, 5)의 일부 또는 전부에서 그루브(6, 7, 8)를 스크라이빙하기 위해 사용된다.
In addition to these materials described in US Pat. No. 4,292,092 and JP 59172274 (US1985 / 4542578), many other materials can be used to form the thin film solar cell 1. Among other things, other equivalent effective devices having a photoelectric conversion semiconductor layer 4 based on cadmium telluride (CdTe), copper indium diselenide (CIS), copper-indium-gallium-diselenide (CIGS) and crystal silicon on glass (CSG) Is made. Lasers are generally used in such devices to scribe grooves 6, 7, 8 in some or all of the layers 3, 4, 5 to form a plurality of solar cells 1 using series interconnection. Used.

각각의 층(3, 4, 5)에서 그루브(6, 7, 8)를 스크라이빙하기 위해 사용되는 레이저 빔은 때때로 유리 시트의 코팅된 측으로부터 인가되나, 막과 상호작용하기 전에 빔이 유리를 통과하는 경우 반대편으로부터 인가될 수도 있다. 사용되는 레이저는 일반적으로 스펙트럼의 IR 영역에서 동작하나, 2차 고조파 파장(예를 들어, 532nm) 및 3차 고조파 파장(예를 들어, 355nm)에서 동작하는 레이저가 역시 사용될 수 있다. 레이저는 0.01 에서 50 나노초 범위의 펄스 길이로 맥동되고, 1kHz 에서 1MHz의 범위의, 펄스 반복 주파수에서 동작하지만, 40MHz 만큼 높을 수 있다. 일반적으로 효과적인 물질 처리를 위해 요구되는 공간적 강도 분배를 제공하도록 설계되는 광학 헤드로 알려진 광-기계 시스템으로 종래 기술에서 처리되도록 레이저 빔이 층 스택(3, 4, 5) 상으로 지향된다.
The laser beam used to scribe the grooves 6, 7, 8 in each layer 3, 4, 5 is sometimes applied from the coated side of the glass sheet, but before the beam interacts with the film If passing, it may be applied from the other side. The laser used generally operates in the IR region of the spectrum, but lasers operating at the second harmonic wavelength (eg 532 nm) and the third harmonic wavelength (eg 355 nm) may also be used. The laser pulsates at a pulse length ranging from 0.01 to 50 nanoseconds and operates at a pulse repetition frequency, ranging from 1 kHz to 1 MHz, but can be as high as 40 MHz. The laser beam is directed onto the layer stacks 3, 4, 5 to be processed in the prior art generally with an opto-mechanical system known as an optical head designed to provide the spatial intensity distribution required for effective material processing.

박막 태양 전지는 금속 시트와 같은 비투과성 기판 상에도 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(2)을 통한 조사(irradiation)는 가능하지 않으므로 모든 스크라이빙 공정은 코팅된 측에서부터 입사하는 빔을 필요로 한다. 다른 경우, 태양 패널은 얇은 금속 또는 폴리머 시트와 같은 플렉서블 기판(2) 상에 제조된다. 전자의 경우에서는 코팅된 측에서부터의 조사만이 가능하다. 후자의 경우에서는 코팅된 측으로부터의, 또는 기판(2)을 통한 조사가 모두 가능하다.
Thin film solar cells may also be formed on non-transmissive substrates such as metal sheets. In this case, irradiation through the substrate 2 is not possible, so all scribing processes require a beam incident from the coated side. In other cases, the solar panel is fabricated on a flexible substrate 2 such as a thin metal or polymer sheet. In the former case only irradiation from the coated side is possible. In the latter case both irradiation from the coated side or through the substrate 2 is possible.

태양 전지(1) 상의 그루브(6)의 배치는 세그먼트 폭을 결정한다. 셀 크기와 조합하여, 세그먼트 폭의 선택은 태양 전지(1)의 요구되는 전기적 특징에 기반하며, 예를 들어, 더 넓은 세그먼트는 증가된 누설 전류 I_sc(sc=short circuit)를 제공하고, 더 좁은, 즉 더 많은 세그먼트는 증가된 개방 회로 전압 V_oc을 제공한다. 셀들의 직렬 상호 연결, 병렬 연결 또는 다른 연결의 조합 중 하나의 셀 배치 조작, 전면 전극층(3) 및 후면 전극층(5) 물질 시트의 저항에 의해 영향받는 셀 내에서의 전류 손실의 최적화를 포함하는 다른 고려사항들이 분할 그루브(6, 7, 8)의 폭에 영향을 미친다.
The placement of the grooves 6 on the solar cell 1 determines the segment width. In combination with the cell size, the selection of the segment width is based on the desired electrical characteristics of the solar cell 1, for example, the wider segment provides increased leakage current I _sc (sc = short circuit), and more Narrower, ie more segments provide increased open circuit voltage V _oc . Cell placement manipulation of one of a series interconnection of cells, a parallel connection or a combination of other connections, including optimization of current loss in the cell affected by the resistance of the front electrode layer 3 and back electrode layer 5 material sheets. Other considerations affect the width of the split grooves 6, 7, 8.

태양 전지(1) 세그먼트 사이의 효과적인 직렬 연결을 생산하기 위해, 종래 기술에서 기재된 바와 같이 패턴 1 또는 P1으로도 알려진 각 그루브(6)는 패턴 2 또는 P2로도 알려진 그루브(7)와 함께 구성되어야 하고 패턴 3 또는 P3으로도 알려진 그루브(8)는 종래 기술에서 설명된 바와 같이 구성되어야 한다. P1 그루브(6)의 가장 바깥쪽 엣지에 의해 P3 그루브(7)의 가장 바깥쪽 엣지로 형성되는 좁은 영역에 포함되는 셀(1) 영역은 광전지 전류의 수집에 기여할 수 없고 실질적으로 헛된, 또는 '데드' 영역(9)이다. 이 영역은 셀(1) 내의 각 세그먼트에 복제되고, 셀(1)의 이용가능한 활성 영역의 일정부분을 차지할 수 있다. 따라서 태양 전지의 최대 효율을 얻기 위해서 '데드' 영역(9)를 최소화시키는 것이 필수적이다. 데드 영역은 P1 및 P2 그루브(6, 7)의 거리 및 P2 및 P3그루브(7, 8)의 간격을 감소시킴으로서 최소화될 수 있다. 그러나, 세그먼트의 연결은 임의의 패턴이 '교차'하면 실패한할 것이다: P1-P2-P3의 그루브 스퀀스가 붕괴되면 이는 태양 전지(1)의 파워를 열화시킨다. 그루브 간격의 감소는 '데드' 영역을 감소시키나, 그루브 패턴 '교차'가 방지되도록 각 공정 단계에서 정확한 레이저 빔 배치를 필요로 한다.
In order to produce an effective series connection between the solar cell 1 segments, as described in the prior art each groove 6, also known as pattern 1 or P1, must be constructed with a groove 7 also known as pattern 2 or P2. Groove 8, also known as pattern 3 or P3, should be constructed as described in the prior art. The area of the cell (1), which is included in the narrow area defined by the outermost edge of the P1 groove (6) by the outermost edge of the P3 groove (7), cannot contribute to the collection of photovoltaic currents and is substantially empty, or ' Dead zone 9. This area is duplicated in each segment in cell 1 and may occupy a portion of the available active area of cell 1. Therefore, it is essential to minimize the 'dead' region 9 in order to obtain the maximum efficiency of the solar cell. The dead area can be minimized by reducing the distance of the P1 and P2 grooves 6, 7 and the spacing of the P2 and P3 grooves 7, 8. However, the connection of segments will fail if any pattern 'crosses': If the groove sequence of P1-P2-P3 collapses, this degrades the power of the solar cell 1. Reducing groove spacing reduces the 'dead' area, but requires precise laser beam placement at each process step to prevent groove pattern 'crossover'.

각 P1-P2-P3 공정을 위한 레이저 스크라이빙 도구는 스크라이빙 공정의 시작 전에 정확한 간격으로 분할 그루브(6, 7, 8)를 위치 선정하여 시작된다. 이는 종래 기술에서 일반적으로 광학 헤드(10) 위치에 의해 정해지는 요구되는 그루브(6, 7, 8) 위치와 실제 그루브(6, 7, 8) 위치를 비교하고, 필요에 따라 광학 헤드(10) 위치를 수정하는 조정 과정에 의존한다. 이러한 단계는 일반적으로 태양 전지(1) 상의 정렬 특징부 또는 기준을 패터닝하는 것을 포함하고 세그먼트 폭의 선택이 처음으로 결정되는 때의 한번으로부터 태양 전지 기판(2)이 도구를 통해 형성될 때마다 변할 수 있는 빈도로 수행될 수 있다. 명백하게, 종래 기술에서, 조정 과정은 각 레이저 빔 및/또는 각 광학 헤드에 대하여 실행되어야 하고, 캘리브레이션이 더 빈번하게 수행되어야 함에 따라 레이저 공정 단계에 대한 전체적인 사이클 시간은 더 크게 된다. 정렬 특징부 캘리브레이션 시스템 또는 광학 헤드 위치 선정 시스템의 정확성 및 안정성이 분할 그루브(6, 7, 8)의 위치에 요구되는 정확성에 비해 떨어지는 경우, 조정의 빈도는 증가할 것이다.
The laser scribing tool for each P1-P2-P3 process is started by positioning the split grooves 6, 7, 8 at precise intervals before the start of the scribing process. This compares the required groove (6, 7, 8) position with the actual groove (6, 7, 8) position, which is generally determined by the optical head 10 position in the prior art, and the optical head 10 as needed. Rely on the adjustment process to correct the position. This step generally involves patterning alignment features or criteria on the solar cell 1 and will vary each time the solar cell substrate 2 is formed through the tool from one time when the selection of the segment width is first determined. It can be done at a frequency that can. Obviously, in the prior art, the adjustment process must be carried out for each laser beam and / or each optical head, and as the calibration is performed more frequently, the overall cycle time for the laser processing step becomes larger. If the accuracy and stability of the alignment feature calibration system or the optical head positioning system is poor compared to the accuracy required for the position of the split grooves 6, 7, 8, the frequency of adjustment will increase.

레이저 공정 단계의 전체적인 사이클 시간은 태양 전지 제조에 대한 종합적인 처리에 기여하고 따라서 이러한 시간의 최소화는 태양 전지(1)의 소유 비용 (CoO:cost of ownership)의 향상을 제공한다. 레이저 공정 사이클 시간 감소를 위한 몇몇 접근 방식은 몇 개의 분할 그루브(6, 7, 8)를 태양 전지(1)의 길이에 걸쳐 동시에, 평행하게 형성하기 위해 태양 전지(1)를 향해 복수의 레이저 빔(12)을 지향시키는 복수의 광학 헤드(10)를 동작시키는 것과 관련된다. 이러한 방법으로 광학 헤드(10) 또는 기판(2)의 더 작은 통과가 태양 전지(1)를 완전히 세그먼트화하는데 요구된다. 이미 기술된 바와 같이, 종래 기술 시스템의 각 레이저 빔 및 각 광학 헤드(10)는 분할 그루브(6, 7, 8)가 태양 전지(1) 상에 정확히 위치하도록 캘리브레이션되어야 한다.
The overall cycle time of the laser processing step contributes to the overall processing for solar cell manufacturing and thus minimizing this time provides an improvement in the cost of ownership (CoO) of the solar cell 1. Some approaches for reducing the laser process cycle time include a plurality of laser beams towards the solar cell 1 to form several split grooves 6, 7 and 8 simultaneously and parallel over the length of the solar cell 1. It relates to operating a plurality of optical heads 10 for directing (12). In this way a smaller passage of the optical head 10 or substrate 2 is required to fully segment the solar cell 1. As already described, each laser beam and each optical head 10 of the prior art system must be calibrated so that the split grooves 6, 7 and 8 are correctly positioned on the solar cell 1.

한 세그먼트의 일단 및 다른 세그먼트의 사이에, 또는 전류 수집에 사용되는 태양 전지(1) 상의 접촉 영역 사이와 전류 단락이 발생되지 않도록 평행하게 지나가고, 태양 전지(1)의 네 엣지에 가깝게 위치설정되는 엣지 분할 그루브들이 필요하다. 단락, 즉, 션트는 태양 전지(1)의 출력 성능을 감소시킬 수 있다.
Between one end of one segment and another segment, or between the contact areas on the solar cell 1 used for current collection and in parallel so that no current short circuit occurs, and positioned close to the four edges of the solar cell 1 Edge split grooves are required. Short circuits, that is, shunts, can reduce the output performance of the solar cell 1.

태양 전지(1)에 걸쳐 분배될 수 있는, 분리 그루브에 수직으로 지나가는 횡단 분할 그루브는 일반적으로 태양광에 의한 조명이 분명하지 않은 태양 전지(1)의 영역에서 흐를 수 있는 최대 전류를 제한하고, 이에 따라 셀의 영역에 대한 손실 및 전체 태양 전지(1) 성능 열화를 방지하는데 사용된다.
The transverse split grooves passing perpendicular to the split grooves, which can be distributed over the solar cells 1, generally limit the maximum current that can flow in the region of the solar cell 1 where the illumination by sunlight is not obvious, It is thus used to prevent loss of area of the cell and deterioration of the overall solar cell 1 performance.

엣지 및 횡단 분할 그루브의 양 종류는 태양 전지(1) 분할 공정 P1-P2-P3 이후에 단일 레이저 스크라이빙 공정 패턴 4(또는 P4) 또는 P1 및 P3 공정의 일부로서 그루브 스크라이빙의 조합 중 하나로 형성될 수 있다. 두 경우에서 기판(2) 상의 태양 전지(1)의 모든 물질층을 제거하고 분리 그루브에 걸쳐 전기적 저항을 충분히 높은 정도로 제공하는 것이 요구된다.
Both types of edge and cross split grooves are either a single laser scribing process pattern 4 (or P4) after solar cell 1 splitting processes P1-P2-P3 or a combination of groove scribing as part of the P1 and P3 processes. Can be formed. In both cases it is desired to remove all material layers of the solar cell 1 on the substrate 2 and to provide a sufficiently high electrical resistance across the separating grooves.

일반적으로, 기판(2) 또는 광의 몇몇 패스가 매우 가까이 이격되거나 중첩하는, 복수의 분리 그루브(6, 7, 8)를 생산하기 위해 사용되고, 이 경우 인접하는 그루브(6, 7, 8)의 중심 사이의 간격은 각 그루브의 폭 보다 작다. 복수의 분리 그루브(6, 7, 8)는 단일 그루브에서 고립 션트 또는 다른 고장이 셀 성능을 열화시킬 수 있는 전류 단락을 발생시키는 가능성을 감소시킨다.
In general, the substrate 2 or several passes of light are used to produce a plurality of separating grooves 6, 7, 8, which are very closely spaced or overlapping, in this case the center of adjacent grooves 6, 7, 8. The spacing between is smaller than the width of each groove. The plurality of separation grooves 6, 7, 8 reduces the likelihood of an isolated shunt or other failure in a single groove causing a current short circuit that can degrade cell performance.

그러나, 분리 그루브(6, 7, 8)의 수 및 간격이 더 커질수록 전기 생성에 사용될 수 없는 태양 전지(1)의 면적이 더 커진다. 분할 그루브(6, 8)를 생산하기 위한 P1 및 P3 공정 조합의 일반적인 경우, 태양 전지(1)의 모든 물질층(3, 4, 5)이 연속하는 영역에서 제거되는 것을 확실하게 하기 위한 높은 정밀도를 위해 P1 및 연속하는 P3 그루브(6, 8)가 서로 중첩될 것이 필요하다. 다른 스크라이빙 공정의 배치 정확도는 2개의 분할된 공정이 태양 전지(1) 상에서 오버레이되고, 효과적인 분할 그루브가 형성되는 것을 확실하게 하기 위해 복수의, 인접하거나 중첩된, P1 및 P3 그루브(6, 8) 세트를 필요로 하는 생산 환경에서 현실적으로 달성될 수 있다.
However, the larger the number and spacing of the separation grooves 6, 7, 8, the larger the area of the solar cell 1 that cannot be used for electricity generation. In the general case of the P1 and P3 process combinations for producing split grooves 6, 8, high precision to ensure that all material layers 3, 4, 5 of the solar cell 1 are removed in successive areas. It is necessary for P1 and successive P3 grooves 6, 8 to overlap each other. The placement accuracy of the other scribing processes is such that the two divided processes are overlaid on the solar cell 1 and a plurality of adjacent, overlapping or overlapping P1 and P3 grooves 6, 8) can be realistically achieved in production environments that require sets.

분할 그루브를 형성하기 위한 레이저 스크라이빙된 그루브(6, 7, 8)의 수 및 이들이 가깝게 이격되어야 한다는 조건은 처리 시간에 상당한 영향을 미치고, 레이저 공정단계에 대하여 전체적인 사이클 시간의 중요한 부분이 될 수 있다.
The number of laser scribed grooves 6, 7, 8 to form split grooves and the condition that they should be spaced closely together have a significant effect on the processing time and will be an important part of the overall cycle time for the laser processing step. Can be.

이러한 박막 태양 전지 장치의 공통적인 특징은 복수의 그루브(6, 7, 8)가 각각 1미터 이상의 길이에서 패널에 걸쳐 복수의 세그먼트를 형성하기 위해 스크라이빙되어야 한다는 것이다. 따라서 층마다 100m 까지 또는 그 이상의 총 레이저 그루브의 길이가 요구된다. 레이저 그루빙은 패널 공정 사이클 시간에 적합한 공업용 레이저 스크라이빙 도구에 의해 실현되어야 한다. 이는 일반적으로 2분 미만의 시간이고, 따라서 초당 수미터에 달하는 레이저 스크라이빙 속도가 요구된다.
A common feature of such thin film solar cell devices is that a plurality of grooves 6, 7, 8 must be scribed to form a plurality of segments over the panel, each at a length of 1 meter or more. Thus, a total laser groove length of up to 100 m or more per layer is required. Laser grooving must be realized by an industrial laser scribing tool suitable for the panel processing cycle time. This is generally less than 2 minutes and therefore requires a laser scribing speed of several meters per second.

레이저 스크라이빙 도구에서 레이저 방사를 사용한 태양 전지(1)의 분할은 태양 전지(1) 및 기판(2)을 향해 레이저 빔을 지향시키는 광학 헤드(10)의 상대적인 이동에 의존하고, 레이저 빔이 태양 전지(1) 또는 기판(2)에 입사하는 동안 연속적인 그루브(6, 7, 8)가 태양 전지 층 상에 형성되도록 태양 전지(1) 및 기판(2) 중 하나는 기준의 기계 프레임에 대해 고정되거나 이동할 수 있다.
The splitting of the solar cell 1 using laser radiation in the laser scribing tool depends on the relative movement of the optical head 10 which directs the laser beam towards the solar cell 1 and the substrate 2 and the laser beam One of the solar cells 1 and the substrate 2 is connected to the reference mechanical frame such that continuous grooves 6, 7, 8 are formed on the solar cell layer while being incident on the solar cell 1 or the substrate 2. Can be fixed or moved.

종래 기술에서 하나의 접근 방식은 모든 라인을 스크라이빙 하기 위해 단일 빔을 사용하였으나, 빔이 검류계 구동 거울 스캐너 시스템을 사용하여 과속으로 이동하게 한다. US 특허 공보 US2003/0209527A1은 이러한 경우를 기술하고 있다. 스캐너 시스템은 이전 스캐너 유닛에 직교하는 방향으로 패널이 이동하는 동안 4m/s까지의 속도에서 600mm 폭의 패널의 전체 폭을 걸쳐 레이저 빔이 이동시키는데 사용된다. 종래 기술은 패널의 전폭을 커버하기 위하여 큰 스캔 필드를 갖는 스캐너 렌즈가 사용되어야 하는 결점을 갖는다. 이는 보통 렌즈가 비교적 긴 초점 거리를 가짐을 의미한다. 또한 전 패널 폭에 대해 초점을 유지하기 위한 각 스캔 동안 빔 크기의 확장을 동적으로 조절하기 위해 제3 축을 갖는 스캐너 시스템을 사용하는 것이 필요하다.
One approach in the prior art used a single beam to scribe all lines, but allows the beam to move at high speed using a galvanometer driven mirror scanner system. US patent publication US2003 / 0209527A1 describes this case. The scanner system is used to move the laser beam over the entire width of the 600 mm wide panel at speeds up to 4 m / s while the panel moves in a direction orthogonal to the previous scanner unit. The prior art has the drawback that a scanner lens with a large scan field must be used to cover the full width of the panel. This usually means that the lens has a relatively long focal length. It is also necessary to use a scanner system with a third axis to dynamically adjust the expansion of the beam size during each scan to maintain focus over the entire panel width.

이는 제어 시스템의 복잡성을 증가시킨다. 요구되는 스캔 렌즈의 긴 초점 거리는 생산될 수 있는 초점의 최소 크기를 제한하고 따라서 만들어질 수 있는 그루브 폭은 요구되는 만큼 좁지 않다. 렌즈의 초점 길이를 갖는 스캐너 시스템 스케일과 관련된 위치 설정 오차로 그루브를 정확하게 위치시키는 것을 어렵게 한다. 이들은 이상적인 그루브(6, 7, 8)가 가능한 한 좁은 폭으로 형성되고 세 개의 그루브(6, 7, 8) 사이의 '데드' 영역을 가능한 한 최소화하기 위해 연속적인 그루브가 가능한 서로 인접함에 있어 심각한 문제일 수 있다. 그리고, 이러한 라인 스캔을 달성하기 위해 요구되는 광학 시스템의 제한으로 인해, 이러한 접근 방식은 일반적으로 600mm의 길이에 달하는 패널의 더 짧은 치수에 평행한 패널의 스크라이빙으로 보통 제한된다. 이러한 시스템으로 패널의 장축에 평행한 그루브(6, 7, 8)를 형성하는 것은 가능하지 않다.
This increases the complexity of the control system. The long focal length of the scanning lens required limits the minimum size of the focus that can be produced and therefore the groove width that can be made is not as narrow as required. Positioning errors associated with the scanner system scale with the focal length of the lens make it difficult to accurately position the groove. They are severe in their close proximity to each other where the ideal grooves 6, 7, 8 are formed as narrow as possible and the continuous grooves are possible to minimize the 'dead' area between the three grooves 6, 7, 8 as much as possible. It may be a problem. And, due to the limitations of the optical system required to achieve this line scan, this approach is usually limited to the scribing of the panel parallel to the shorter dimensions of the panel, typically reaching a length of 600 mm. With this system it is not possible to form grooves 6, 7, 8 parallel to the long axis of the panel.

몇 종래 기술의 경우 도구는 라인 스크라이빙 동안 정적인 광학적 특성을 갖고, 이는 패널이 매우 빠르게 이동되어야 함을 의미한다. 과도한 패널 속도를 회피하기 위해, 복수의 광학 시스템은 그루브(6, 7, 8)를 가공하기 위하여 평행한 레이저 빔을 생산하는데 종종 사용된다. 이 예로, 100개의 분할된 그루브(6, 7, 8)를 필요로 하는 약 1.1m × 1.3m 치수의 패널이 300mm/s 미만의 최대속도에서 이동하는 패널과 60초 이하에서 8개의 평행하는 레이저 빔으로 가공될 수 있다. 복수의 빔 접근방식은 다양한 레이저 도구 아키텍쳐로 구현되어 왔다.
For some prior art tools have static optical properties during line scribing, which means that the panel must move very quickly. In order to avoid excessive panel speed, a plurality of optical systems are often used to produce parallel laser beams for processing the grooves 6, 7, 8. In this example, a panel measuring approximately 1.1 m by 1.3 m, requiring 100 divided grooves (6, 7, 8) and eight parallel lasers in 60 seconds or less with a panel moving at a maximum speed of less than 300 mm / s. It can be processed into a beam. Multiple beam approaches have been implemented with various laser tool architectures.

종래 기술에서 다른 접근 방식은 상대적으로 낮은 예를 들어, 355nm 또는 532nm에서 5W 미만, 또는 1064nm에서 10W 미만 출력의 단일 레이저로 구성되는 광학 시스템을 사용하는 것이다. 낮은 출력의 레이저는 워크피스로 레이저 빔을 전달하는 단일의 광학 헤드로 결합된다. 이러한 복수의 광학 시스템은 순 가공 속도를 증가시키기 위해 도구 내에서 맞추어진다. 독일 특허 출원 DE 10 2006 033 296.2 및 US 특허 출원 공보 US 2008/0263877에 이러한 시스템이 기술되어 있다.
Another approach in the prior art is to use an optical system that consists of a single laser with a relatively low output, for example, less than 5W at 355nm or 532nm, or less than 10W at 1064nm. The low power laser is combined into a single optical head that delivers the laser beam to the workpiece. These multiple optical systems are tailored within the tool to increase the net processing speed. Such a system is described in German patent application DE 10 2006 033 296.2 and US patent application publication US 2008/0263877.

이러한 접근 방식은 패널 또는 모든 광학 시스템 중 하나가 그루브(6, 7, 8)를 포함하는 전체 패널을 덮도록 그루브 방향에 수직한 방향으로 이동할 필요가 있다는 단점을 갖는다. 이는 위치 설정 시스템이 매우 정확하여야 하고, 또는 각 레이저 빔 위치의 캘리브레이션이 모듈의 필요조건에 대해 필요한 정확도에 도달하도록 광학 헤드(10)의 모든 위치에 걸쳐 수행되어야 함을 의미한다. 복수의 레이저 소스를 갖는 시스템의 비용은 일반적으로 높고 태양 전지(1) 소유의 비용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 더구나, 정기적인 점검을 요구하고 종합적으로 더 큰 실패가능성을 갖는 레이저 소스의 더 많은 수가 존재하고 따라서 가동 시간이 감소하고 및 전체 소유 비용이 증가한다.
This approach has the disadvantage that one of the panels or any optical system needs to move in a direction perpendicular to the groove direction so as to cover the entire panel including the grooves 6, 7 and 8. This means that the positioning system must be very accurate, or the calibration of each laser beam position must be performed across all positions of the optical head 10 to reach the required accuracy for the module's requirements. The cost of a system with multiple laser sources is generally high and can negatively impact the cost of owning a solar cell 1. Moreover, there is a greater number of laser sources that require regular checks and have a greater overall probability of failure, thus reducing uptime and increasing overall cost of ownership.

종래 기술에서 또 다른 접근 방식은 상대적으로 높은, 예를 들어, 355nm에서 10W 이상, 또는 532nm에서 5W 이상, 또는 1064nm에서 20W 이상 출력의 단일 레이저로 구성되는 광학 시스템을 사용하는 것이다. 고 출력 레이저 빔은 분극 분할 또는 강도 분할에 의해 분광되어 복수의 레이저 빔을 복수의, 일반적으로 2 내지 4개의 광학 헤드(10)로 전달한다. 이 경우 다수의 이러한 광학 시스템이 단일 레이저 도구에 맞추어질 수 있다. 이러한 시스템이 독일 특허 출원 2006 033 296.2에 기술되어 있다. 이러한 도구 아키텍쳐는 도구마다 단지 하나, 또는 일반적으로 2개의 레이저 소스를 필요로 하여 예정된 또는 예정되지 않은 유지 보수를 위한 휴식시간을 감소시키는 이점을 갖는다.
Another approach in the prior art is to use an optical system consisting of a single laser with a relatively high output, for example, at least 10 W at 355 nm, or at least 5 W at 532 nm, or at least 20 W at 1064 nm. The high power laser beam is spectroscopic by polarization splitting or intensity splitting to deliver a plurality of laser beams to a plurality of, generally two to four optical heads 10. In this case multiple such optical systems can be fitted to a single laser tool. Such a system is described in German patent application 2006 033 296.2. This tool architecture has the advantage of requiring only one, or generally two, laser sources per tool to reduce downtime for scheduled or unscheduled maintenance.

그러나, 광학 시스템에서 정렬, 분극 제어 및 빔 파워 균형은 복잡하고 실제로 실현될 때 시간을 소모할 수 있다. 빔 포인팅, 파워 및 강도 프로파일과 같은 광학 시스템에서 레이저 빔 특성에서의 임의의 변화는 패널 상의 처리 영역에서 각 빔 사이의 상당한 차이를 야기할 수 있다. 빔 사이의 파워 변화 및 프로파일 변화는 그루브(6, 7, 8)의 품질에 영향을 미칠 수 있고, 빔 사이의 위치 변화는 빈번한 캘리브레이션 동작을 필요로 할 수 있다. 이러한 결과는 빈번한 캘리브레이션 루틴 및 수행되어야 하는 정렬 점검에 대한 필요성에 기인하는 도구의 감소된 가동시간이다.
However, alignment, polarization control and beam power balance in optical systems are complex and can be time consuming when actually realized. Any change in laser beam characteristics in optical systems such as beam pointing, power and intensity profiles can cause significant differences between each beam in the processing area on the panel. Power changes and profile changes between beams can affect the quality of the grooves 6, 7 and 8, and position changes between beams may require frequent calibration operations. This result is a reduced uptime of the tool due to the frequent calibration routines and the need for alignment checks to be performed.

상기 기술된 종래의 모든 레이저 도구는 그루브 방향에 수직하는 선형 축으로 도구 내에서 하나 이상의 선형 배열로 일반적으로 위치 설정되는 빔을 포함한다. 도구 상에 2개의 직교하는 방향으로 같은 패널을 레이저 스크라이빙 하기 위해, 예를 들어 에지 분리 및 횡단 분리 그루브(6, 7, 8)를 형성하기 위해 패널의 전체 패스에 오직 하나의 레이저 빔을 사용하거나, 또는 직교하는 그루브(6, 7, 8)를 형성하기 위해 도구에서 패널을 회전시킬 수 있다. 첫번째 경우 단일의 빔 가공은 비효율적이며, 종종 도구의 사이클 시간에 상당히 기여하는 성분일 수 있다. 두번째 경우 패널 회전 과정은 도구의 사이클 시간을 증가시킨다. 일반적으로, 패널 치수는 비대칭이고 도구 아키텍쳐는 종종 주 그루브 방향에 직교하는 방향으로 패널의 장축을 수용하기 위한 공간의 부족으로 인해 패널의 회전을 불가능하게 할 수 있다.
All conventional laser tools described above include beams that are generally positioned in one or more linear arrangements within the tool with a linear axis perpendicular to the groove direction. In order to laser scribe the same panel in two orthogonal directions on the tool, only one laser beam is applied to the entire pass of the panel, for example to form edge separating and transverse separating grooves 6, 7, 8. The panel can be rotated in the tool to use or to form orthogonal grooves 6, 7 and 8. In the first case single beam machining is inefficient and can often be a component that contributes significantly to the tool's cycle time. In the second case the panel rotation process increases the cycle time of the tool. In general, panel dimensions are asymmetric and the tool architecture can often make the panel unable to rotate due to lack of space to accommodate the long axis of the panel in a direction orthogonal to the main groove direction.

몇 개의 분할 그루브(6, 7, 8)가 태양 전지(1)의 길이에 대하여, 동시에, 평행하게 형성될 수 있도록 분할 그루브 방향에 수직하는 복수의 레이저 빔의 라인과의 정렬로 복수의 레이저 빔이 배열 내에서 태양 전지(1)를 향해 지향될 수 있게 복수의 광학 헤드(10)가 구비된 레이저 스크라이빙 도구가 구성될 수 있다.
A plurality of laser beams in alignment with a line of a plurality of laser beams perpendicular to the split groove direction so that several split grooves 6, 7, 8 can be formed parallel to the length of the solar cell 1 at the same time. A laser scribing tool with a plurality of optical heads 10 can be constructed which can be directed towards the solar cell 1 within this arrangement.

그러나, 이러한 배열은 엣지 분할 그루브, 특히, 주 분할 그루브(6, 7, 8)에 수직하는 방향으로 지나가는 횡단 분리 그루브의 가공에 적합하지 않다. 복수의 중첩하는, 또는 인접하게 이격된 엣지 분리, 또는 횡단 분리 그루브의 배치에서 높은 정밀성에 대한 요구는 분할 그루브(6, 7, 8)와 평행한 방향에 있는 반면, 분할 그루브의 정확한 배치는 분할 그루브(6, 7, 8)에 수직한 방향으로 정확한 위치 설정을 요구한다. 기계적인 시스템에 근거한 광학 헤드(10)를 위한 양 방향으로 정확한 그루브 배치를 갖는데 요구되는 복잡성은 상당하다. 일반적으로, 사용되는 더 간단한 접근 방식은 하나의 분할 그루브(6, 7, 8)가 하나씩 가공되도록 복수의 광학 헤드(10) 및 레이저 빔의 하나를 제외한 모두를 기계적 또는 광학적으로 차단하는 것이다. 복수의 평행 빔 가공없이, 분할 그루브(6, 7, 8)를 완전히 패터닝하는데 요구되는 시간은 레이저 가공에 대한 전체 사이클 시간의 상당한 부분이 되고 모듈에 대해 소유 비용에 영향을 미친다.
However, this arrangement is not suitable for the machining of edge split grooves, in particular cross-sectional grooves passing in a direction perpendicular to the main split grooves 6, 7, 8. The demand for high precision in the arrangement of a plurality of overlapping or adjacently spaced edge separation, or transverse separation grooves is in a direction parallel to the division grooves 6, 7, 8, while the exact placement of the division grooves is divided. Accurate positioning is required in the direction perpendicular to the grooves 6, 7, 8. The complexity required to have accurate groove placement in both directions for the optical head 10 based on the mechanical system is significant. In general, the simpler approach used is to mechanically or optically block all but one of the plurality of optical heads 10 and the laser beam such that one split groove 6, 7, 8 is processed one by one. Without multiple parallel beam machining, the time required to fully pattern the split grooves 6, 7, 8 becomes a significant part of the total cycle time for laser machining and affects the cost of ownership for the module.

셀 세그먼트 폭의 더 쉬운 조정, 시간을 덜 소모하는 그루브 위치의 조정 및 분할 및 분리 그루브의 복수의 패터닝을 허용하는 접근 방식은 레이저 공정 시간과 이에 따른 태양 전지 제작의 소유 비용에 모두 상당한 이점을 갖는다.
An approach that allows easier adjustment of cell segment widths, less time-consuming groove position adjustment, and multiple patterning of split and split grooves has significant advantages both in laser processing time and thus in the cost of ownership of solar cell fabrication. .

본 발명에 따른 해법은 복수의 레이저 빔(12)을 제공하기 위한 회절 광학 소자(DOE)(11)를 이용하는 광학 헤드(10)의 특징을 사용한다. 광학 헤드(10)에서 DOE(11)는 집광 대물렌즈(13)와 결합된다. DOE(11)는 입사하는 레이저 빔(14)을 특정한 제2 평면(15)에 놓여있는 복수의 빔(12)으로 분광할 수 있게 하는 하나의, 소형 광학 소자이다. 하나의 DOE(11)로부터 생성되는 모든 빔(12)은 거의 같은 강도를 갖고, 광학 헤드(10)의 광학 축(16) 상에 중심을 두고 있으며 서로 α의 일정한 각 간격으로 지향된다.
The solution according to the invention uses the features of the optical head 10 using a diffractive optical element (DOE) 11 for providing a plurality of laser beams 12. In the optical head 10, the DOE 11 is coupled with the condenser objective 13. DOE 11 is a single, compact optical element that allows spectroscopy of an incident laser beam 14 into a plurality of beams 12 lying in a particular second plane 15. All the beams 12 generated from one DOE 11 have approximately the same intensity, are centered on the optical axis 16 of the optical head 10 and are directed at a constant angular interval of α to each other.

그 다음에, DOE(11)로부터의 복수의 빔(12)은 태양 전지 층 스택(3, 4, 5)의 가공을 위해 태양 전지(1)를 향해 레이저 빔(12)을 지향시키고 집중시키는 집광 대물렌즈(13)에 입사한다. 집광 대물렌즈(13)의 광학 성능은 DOE(11)의 구체적인 빔 분광 각 간격 α와 광학 헤드(10) 및 태양 전지 기판(2) 사이의 거리에 매칭된다. 광학 헤드(10)의 DOE(11)로 패터닝된 결과에 따른 셀 세그먼트 폭(17)은 DOE(11)의 각 간격 α와 광학 헤드(10) 및 DOE(11) 사이의 간격(18)에 의해 정해진다.
The plurality of beams 12 from the DOE 11 then concentrate and direct the laser beam 12 towards the solar cell 1 for processing of the solar cell layer stacks 3, 4, 5. Incident on the objective lens 13. The optical performance of the condenser objective 13 is matched to the specific beam spectral angular spacing α of the DOE 11 and the distance between the optical head 10 and the solar cell substrate 2. The cell segment width 17 as a result of the patterning into the DOE 11 of the optical head 10 is determined by the respective spacing α of the DOE 11 and the spacing 18 between the optical head 10 and the DOE 11. It is decided.

도 2에 광학 헤드(10)의 가능한 실시예를 통한 입사하는 레이저 빔(14)의 경로와 태양 전지(1)의 가공에 사용되는 결과에 대한 집광된 복수의 레이저 빔(12)이 도시되어 있다. 본 예에서, DOE(11)는 단일 입사 빔(14)이 4개의 분할된 빔(12)으로 분광하도록 구성되고, 이는 이후 태양 전지(1)에서 4개의 분할 그루브(6, 7, 8)의 동시 가공을 허용하는 태양 전지 층 스택(3, 4, 5) 상으로 집광된다. 광학 레이저 헤드(10) 배열에서 DOE(11)를 회전시킴으로써, 생성되는 피치(17), 즉 주 그루브 방향(24)에 수직하는 방향으로의 인접하는 레이저 빔(12) 사이의 셀 세그먼트 폭(17)이 다양한 가공 요구에 부합하도록 맞춰질 수 있고 따라서 기판(2)의 레이저처리, 예를 들어 태양 전지 층 스택(3, 4, 5)의 스크라이빙에 유동성을 제공한다.
2 shows a plurality of focused laser beams 12 for the path of the incident laser beam 14 through a possible embodiment of the optical head 10 and the results used for the processing of the solar cell 1. . In the present example, the DOE 11 is configured such that a single incident beam 14 is spectroscopically divided into four divided beams 12, which are then used in the solar cell 1 of four split grooves 6, 7, 8. It is focused onto the solar cell layer stacks 3, 4 and 5 to allow simultaneous processing. By rotating the DOE 11 in the arrangement of the optical laser heads 10, the cell segment width 17 between adjacent pitches 17 of the resulting laser beam 12 in the direction perpendicular to the main groove direction 24. ) Can be tailored to meet various processing needs and thus provide fluidity to laser processing of the substrate 2, for example scribing of the solar cell layer stacks 3, 4, 5.

본 발명의 실시예에 따라, 일반적인 셀 세그먼트 폭(17), 즉 피치(17)는 5.5 내지 8.5mm의 범위이나 10.8mm의 범위만큼 큰 값일 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이는 집광 대물렌즈(13)에 대한 DOE(11), 간격(18) 및 DOE(11)의 각 분광 간격 α에 의해 정해지나, 일반적으로 집광 대물렌즈(13)의 최대 광학 직경(19)에 의해 한정된다. 이러한 어플리케이션을 위한 DOE(11)의 각 간격 α은 일반적으로 1.5°에서 5°의 범위를 가질 수 있으나 6.5의 값을 가질 수도 있으며, DOE(11) 및 DOE(11) 사이의 간격(18)은 일반적으로 70mm 에서 150mm이다. 집광 대물렌즈(13)에 대한 적합한 광학 직경(19)은 25mm에서 50mm의 범위에 있을 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the general cell segment width 17, ie pitch 17, may be as large as 5.5 to 8.5 mm or as large as 10.8 mm. As shown in FIG. 2, this is determined by the spectral spacing α of the DOE 11, the spacing 18 and the DOE 11 with respect to the condensing objective lens 13, but in general the It is defined by the maximum optical diameter 19. Each interval α of DOE 11 for this application may generally range from 1.5 ° to 5 ° but may also have a value of 6.5, and the interval 18 between DOE 11 and DOE 11 Generally 70mm to 150mm. Suitable optical diameters 19 for the condenser objective 13 may range from 25 mm to 50 mm.

광학 헤드(10)의 가능한 실시예의 기계적인 도면 레이아웃이 도 3a 내지 3c에 도시되어 있다. 이는 집광 대물렌즈(13), DOE(11) 및 조정 수단(21), 예를 들어 광학 축(16)의 둘레로의 DOE(11)의 회전을 위한 동력화 스테이지(21)를 포함하는 모든 다른 성분이 부착되는 중앙 장착 블록(20)을 포함한다. 이 도면에 나타난 모든 부가적인 특징은 정렬 및 위치 설정 시스템, 빔 셔터링 및 셋업과 유지 접근을 포함하는 레이저 스크라이빙 도구로 통합될 때 광학 헤드(10)의 정확한 기능을 위해 필요하다. 그러나, 이들은 본 발명의 주제가 아니고 따라서 더 이상 기술되지는 않으나, 당업자에게 적용가능하거나 그리고/또는 명백하다. 전체 어셈블리는 태양 전지 층 스택(3, 4, 5)의 가공에 사용되는 광학 헤드(10) 및 복수의 레이저 빔(12)의 정확한 위치 설정을 허용하는 평행이동 및 승강 스테이지의 분할된 세트 상에 유지된다.
A mechanical drawing layout of a possible embodiment of the optical head 10 is shown in FIGS. 3A-3C. This includes all other components including the condenser objective 13, the DOE 11 and the adjustment means 21, for example the motorized stage 21 for rotation of the DOE 11 around the optical axis 16. It includes a central mounting block 20 to which it is attached. All additional features shown in this figure are necessary for the correct functioning of the optical head 10 when incorporated into a laser scribing tool including alignment and positioning system, beam shuttering and setup and maintenance access. However, they are not the subject of the present invention and therefore are not described further, but are applicable and / or obvious to those skilled in the art. The entire assembly is on a divided set of translation and elevating stages that allow accurate positioning of the optical head 10 and the plurality of laser beams 12 used in the processing of the solar cell layer stacks 3, 4, 5. maintain.

소형의 배치는 신속한 가공이 요구되는 경우 고속으로 이동될 수 있고 높은 배치 안정성을 위해 설계될 수 있는 낮은 질량의 어셈블리를 가능하게 한다. 더구나, 물질의 짧은 길이만이 광학 축(16)을 따라 존재하고 따라서 어셈블리는 환경의 변화로 인한 열적 팽창에 더 내성을 갖는다. 하나의 광학 헤드(10)는 3 내지 7의 복수의 빔(12)을 어느 곳에든 제공하기 위해 DOE(11) 및 집광 대물렌즈(13)의 적절한 선택을 통해 사용될 수 있다.
Small batches allow for low mass assemblies that can be moved at high speeds when rapid machining is required and can be designed for high batch stability. Moreover, only a short length of material exists along the optical axis 16 and the assembly is thus more resistant to thermal expansion due to changes in the environment. One optical head 10 may be used through appropriate selection of DOE 11 and condenser objective 13 to provide a plurality of beams 12 to 7 anywhere.

DOE(11) 이후의 복수의 빔(12)에서 각 분광 간격 α의 정확도는 일반적으로 0.1mrad 보다 작고 광학 헤드(10)와 DOE(11)의 결합으로 대략 100mm 간격(18)은 10μm보다 개선된 분할 그루브(6, 7, 8)의 위치 선정 정확도를 제공한다. 그러나, 빔 간격의 안정성은, DOE(11) 시스템에 대하여 DOE(11) 구조에 필수적인 주기적이고 미세한 스케일 특징에 종속적이기 때문에, 다른 형태의 종래의 빔 분광 광학에 비해 상당히 개선된다.
The accuracy of each spectral spacing α in the plurality of beams 12 after the DOE 11 is generally less than 0.1 mrad and the combination of the optical head 10 and the DOE 11 improves the approximate 100 mm spacing 18 to 10 μm. Provides positioning accuracy of the split grooves 6, 7, 8. However, the stability of the beam spacing is significantly improved over other forms of conventional beam spectroscopy because it is dependent on the periodic and fine scale features essential for the DOE 11 structure for the DOE 11 system.

DOE(11)는 시간 및 환경 조건, 예를 들어, 온도의 변화에 대해 특별히 안정적인 용융 실리카와 같은 적합한 광학 물질로 제조된다. DOE(11) 광학 헤드(10)는 높은 위치 설정 정확도 및 우수한 안정성을 갖는 단일의 광학 유닛으로부터 복수의 분할 그루브(6, 7, 8)를 제공하기 위한 간략한 배열이다.
The DOE 11 is made of a suitable optical material, such as fused silica, which is particularly stable against changes in time and environmental conditions, for example temperature. The DOE 11 optical head 10 is a simplified arrangement for providing a plurality of split grooves 6, 7, 8 from a single optical unit with high positioning accuracy and good stability.

본 발명에서 광학 헤드(10)의 DOE(11)의 셀 세그먼트 폭(17)을 변경시키는 경우의 기계적 위치 설정에 기초하는 반복된 캘리브레이션, 또는 위치 설정 시스템에서의 다른 변동 및 변화(drift)때문에 필요할 수 있는 캘리브레이션을 극복할 수 있게 한다. 광학 헤드(10)의 DOE(11)의 새로운 사용은 레이저 스크라이빙 도구가 엣지 분리 및 횡단의 분리 그루브(6, 7, 8)를 패터닝할 수 있게 하여 복수의 빔(12)의 사용을 유지하고 이에 의해 전체 레이저 가공 사이클 시간을 감소시킨다. 이러한 특징은 도 4a 및 4b에서 더 기술된다.
In the present invention, it is necessary because of repeated calibration based on mechanical positioning when changing the cell segment width 17 of the DOE 11 of the optical head 10, or other variation and drift in the positioning system. To overcome any possible calibration. The new use of the DOE 11 of the optical head 10 allows the laser scribing tool to pattern the separation grooves 6, 7 and 8 of the edge separation and transverse to maintain the use of the plurality of beams 12. Thereby reducing the overall laser processing cycle time. This feature is further described in FIGS. 4A and 4B.

이미 기술된 바와 같이, DOE(11)는 특정 평면(15)에 놓여 있는 규칙적인 각도로 이격된 복수의 빔(12)을 제공한다. 도 4a 및 4b와 같이, 제1 가공 평면(23)에서 복수의 빔(12)의 간격(22)은 셀 세그먼트 폭(17)을 결정한다. 이 평면(22)의 배향은 DOE(11)의 구조에서 주기적이고 미세한 스케일 특징의 배향과 일치한다.
As already described, DOE 11 provides a plurality of beams 12 spaced at regular angles lying in a particular plane 15. 4A and 4B, the spacing 22 of the plurality of beams 12 in the first machining plane 23 determines the cell segment width 17. The orientation of this plane 22 coincides with the orientation of periodic and fine scale features in the structure of the DOE 11.

광학 헤드(10)의 광학 축(16)의 둘레로 DOE(11)를 회전시키는 것에 의해 분광된 복수의 빔(12)이 놓이는 평면(17)을 회전시키는 것이 가능하다. 이러한 복수의 빔(12)이 집광 대물렌즈(13)를 통해 중계되고, 복수의 빔(12)의 교차(25)와 기판(2)의 태양 전지(1) 사이에 그려진 라인에 대해 각 θ로 있는 분할 그루브 방향(24)에 수직하는 방향으로 이러한 빔(12)의 거리 또는 간격(22)을 고려하면, 복수의 빔(12)에 의해 스크라이빙 되는 효과적인 셀 세그먼트 폭(17)은 복수의 빔(12)의 각 θ의 코사인과 간격(22)의 곱에 의하여 직접적으로 변화할 것이다.
By rotating the DOE 11 around the optical axis 16 of the optical head 10 it is possible to rotate the plane 17 on which the plurality of spectroscopic beams 12 lies. Such a plurality of beams 12 are relayed through the condensing objective lens 13 and at an angle θ with respect to the line drawn between the intersection 25 of the plurality of beams 12 and the solar cell 1 of the substrate 2. Considering the distance or spacing 22 of these beams 12 in a direction perpendicular to the split groove direction 24, the effective cell segment width 17 scribed by the plurality of beams 12 is a plurality of It will change directly by the product of the cosine of the angle θ of the beam 12 and the interval 22.

실제로, 광학 헤드(10)의 광학 축(16)의 둘레로의 DOE(11)의 회전은 DOE(11)를 장착하는 매우 정확한 이동 스테이지(21)로 달성될 수 있고, 이는 적어도 90°의 이동 각 θ를 통해 일반적으로 10μm 이상인 정확도로 광학 축(16)의 둘레로의 정확한 회전을 가능하게 한다. 이러한 방법으로 분할 그루브 방향(24)에 수직하거나 평행하는, 또는 이러한 두 제한 사이의 임의의 각으로 있는 라인에서 태양 전지(1)에 모든 복수의 레이저 빔(12)을 갖는 것이 가능하다.
Indeed, rotation of the DOE 11 around the optical axis 16 of the optical head 10 can be achieved with a very accurate movement stage 21 mounting the DOE 11, which is at least 90 ° of movement. The angle θ allows for accurate rotation around the optical axis 16 with an accuracy of typically 10 μm or more. In this way it is possible to have all the plurality of laser beams 12 in the solar cell 1 in a line perpendicular or parallel to the split groove direction 24, or at any angle between these two limitations.

최대의 분할 그루브 간격, 즉, 최대 셀 분할 폭(17)은 θ=0°, 즉 그루브 방향(24)에 수직 방향인 빔 분광 방향의 값으로 달성될 수 있다. 정확한 회전 스테이지(21)와 결합되는, DOE(11)에 의해 제공되는 광학 빔 분광의 강력한 특성은 셀 세그먼트 폭(17)의 DOE(11) 회전 각에 대한 단지 1회의 캘리브레이션이 각 광학 헤드(10)에 필요하고 각각의 분광된 빔에는 필요하지 않음을 확실하게 한다.
The maximum division groove interval, i.e. the maximum cell division width 17, can be achieved with a value of θ = 0 °, i.e., the beam spectral direction perpendicular to the groove direction 24. The powerful properties of the optical beam spectroscopy provided by the DOE 11, combined with the correct rotation stage 21, allow only one calibration of the angle of rotation of the DOE 11 of the cell segment width 17 to each optical head 10. Ensure that it is not required for each spectroscopic beam.

레이저 스크라이빙 도구에서 각 광학 헤드(10)에 캘리브레이션이 수행되면, 태양 전지(1)의 이상적인 전기적 특성을 최적화하거나 셀의 범위에 걸친 기반 상의 세그먼트 폭(17) 변화의 다른 요구되지 않는 원인 제공 요소의 수정이 필요한 경우, 연속적인 생산에 필요한 일정한 분할 폭(17)을 설정하거나 또는 세그먼트 폭(17)에 대한 작은 조정이 간단해진다. 태양 전지(1)의 사용되지 않는 영역 상에 정렬 마크를 패터닝하고, 이어 그들의 위치를 기록하고 각각의 가공 빔의 위치에 보정 계수를 적용하는데 캘리브레이션 시퀀스는 일반적으로 10 내지 20초의 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 절차는 생산하는 동안 도구 캘리브레이션이 이동되지 않았음을 확인하기 위해, 또는 레이아웃이 다른 셀 세그먼트 폭을 사용하기 위해 변경된 경우에 생산하는 동안 드문 간격으로만 적용될 필요가 있다.
Calibration of each optical head 10 in a laser scribing tool optimizes the ideal electrical properties of the solar cell 1 or provides other undesired causes of segment width 17 variation on the base over a range of cells. If modification of the element is required, it is possible to set a constant dividing width 17 for continuous production or to make small adjustments to the segment width 17. The calibration sequence can generally take 10-20 seconds to pattern the alignment marks on the unused area of the solar cell 1, then record their position and apply the correction factor to the position of each processed beam. . This procedure only needs to be applied at rare intervals during production if the tool calibration has not been moved during production, or if the layout has been changed to use a different cell segment width.

도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 회전 각 θ이 90°또는 0°에 접근하면, 분할 그루브 방향(24) 또는 수직 방향으로, 복수의 빔(12)의 분할을 위해 배열하는 것이 가능하고, 빔(12)에 의해 가공되는 각 그루브(6, 7, 8)가 하나의 단일 와이드 그루브(6, 7, 8)를 효과적으로 형성하기 위해 매우 가깝게 또는 심지어 부분적으로 중첩하도록 감소될 수 있다. '부합' 그루브(6, 7, 8)는 DOE(11) 빔 분광의 동일한 특징으로부터 이러한 구성을 위한 설정에 요구되는 부가적인 캘리브레이션없이 전체 폭(17)의 정확하고 안정적인 제어의 관점에서 이득을 얻는다.
5A and 5B, when the rotation angle θ approaches 90 ° or 0 °, it is possible to arrange for the splitting of the plurality of beams 12 in the split groove direction 24 or in the vertical direction, Each groove 6, 7, 8 processed by the beam 12 can be reduced to overlap very closely or even partially to effectively form one single wide groove 6, 7, 8. The 'matching' grooves 6, 7, 8 benefit from the same features of the DOE 11 beam spectroscopy in terms of accurate and stable control of the full width 17 without the additional calibration required for setting up for this configuration. .

이들 복수의 분리 그루브 구조는 광학 헤드(10)에 대한 기판(2) 이동의 단일 가공 패스에서 생산될 수 있다. 이러한 특징이 일반적으로 복수의 그루브에 의해 제공되는 부가적인 분리로부터 이득을 얻기 때문에 이러한 '복합' 그루브(6, 7, 8) 세트는 엣지 분리 또는 횡단 분리 그루브(6, 7, 8)의 사용에 적합하다. 일반적으로, 4개에서 9개 범위의 각 그루브(6, 7, 8)가 엣지 분리 또는 횡단 분리 그루브(6, 7, 8)를 형성하는데 사용되고, 전체 크기의 태양 전지 모듈에서 일반적으로 분리 그루브(6, 7, 8)의 적어도 4개의 각 유형이 존재한다. 엣지 및 횡단 분리 그루브(6, 7, 8)를 패터닝하는 단일의 레이저 빔의 복수의 패스 사용에 의존하는 종래의 레이저 가공 광학 헤드(10)를 위한 레이저 가공 단계에 요구되는 사이클 시간이 상기 기술된 본 발명의 새로운 사용에 따라 35 내지 65초만큼 일반적으로 감소될 수 있다.
These plurality of separate groove structures can be produced in a single processing pass of substrate 2 movement relative to the optical head 10. This set of 'composite' grooves (6, 7, 8) is suitable for use of edge separation or transverse separation grooves (6, 7, 8) because this feature generally benefits from the additional separation provided by the plurality of grooves. Suitable. Generally, each groove (6, 7, 8) in the range of four to nine is used to form edge separation or transverse separation grooves (6, 7, 8) and is generally used in full size solar cell modules. At least four of each type 6, 7, 8). The cycle time required for the laser machining step for a conventional laser machining optical head 10 that depends on the use of multiple passes of a single laser beam to pattern the edge and transverse separation grooves 6, 7, 8 is described above. It can generally be reduced by 35 to 65 seconds in accordance with the new use of the present invention.

또한, BIPV(Building Integrated Photovoltaic)와 관련된 특정 어플리케이션에서, 분할 그루브(6, 7, 8)에 수직하는 방향으로 지나가는 리본에서 실리콘 필름 영역의 20%까지 제거하는 것이 유리하다. 이는 일반적으로 수천개의 중첩하는 횡단 그루브(6, 7, 8)에서 모듈의 광 전송을 효과적으로 증가시키기 위해 P3 패턴(8)의 반복되는 적용을 필요로 한다.
Also, in certain applications involving building integrated photovoltaic (BIPV), it is advantageous to remove up to 20% of the silicon film area from the ribbon passing in the direction perpendicular to the split grooves 6, 7, 8. This generally requires repeated application of the P3 pattern 8 to effectively increase the light transmission of the module in thousands of overlapping transverse grooves 6, 7 and 8.

기술된 본 발명에서, 90°에 가까운 각 θ으로의 DOE(11)의 회전은 복수의 중첩하는 횡단 그루브(6, 7, 8) 동시 스크라이빙을 가능하게 하고 따라서 패터닝에 사용되는 복수의 빔(12)의 수와 대략 동일한 인자만큼 레이저 가공 사이클 시간을 상당히 감소시킨다.
In the present invention described, the rotation of the DOE 11 to an angle θ close to 90 ° enables simultaneous scribing of a plurality of overlapping transverse grooves 6, 7, 8 and thus a plurality of beams used for patterning. The laser processing cycle time is significantly reduced by a factor approximately equal to the number of (12).

본 발명이 도면 및 상기의 설명에서 자세하게 도시되고 설명되지만, 이러한 도시 및 설명은 도식적이거나 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 제한적인 것으로 고려되어서는 안된다; 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지는 않는다. 개시된 실시예의 다른 변형례는 도면, 명세서 및 청구항의 연구로부터 청구된 발명을 실시하는 당업자에게 이해되고 성취될 수 있다. 특허청구범위에서 '포함한다'라는 단어는 다른 구성 요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니고 단수의 기재는 복수를 배제하는 것은 아니다. 상호 다른 종속항에서 특정한 수단이 인용된다는 단순한 사실은 이러한 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내는 것은 아니다. 특허청구범위에서의 어떠한 도면부호도 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
Although the invention has been shown and described in detail in the drawings and above description, such illustration and description should be considered as illustrative or exemplary, and not as limiting; The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations of the disclosed embodiments can be understood and accomplished by those skilled in the art of practicing the claimed invention from a study of the drawings, the specification and the claims. The word 'comprising' in the claims does not exclude other components or steps and the singular description does not exclude the plural. The mere fact that certain means are recited in different dependent claims does not indicate that a combination of these means cannot be used advantageously. Any reference signs in the claims shall not be construed as limiting the scope.

1 박막 태양 전지
2 기판
3 전면 전극층
4 광전변환 반도체
5 후면 전극
6 제1 분할 그루브
7 그루브
8 제2 분할 그루브
9 '데드' 영역
10 광학 헤드
11 회절 광학 소자
12 복수의 레이저 빔
13 집광 대물렌즈
14 입사 레이저 빔
15 제2 평면
16 광학 축
17 피치
18 DOE 분할
19 직경
20 중앙 적재 블럭
21 조정 수단
22 분할
23 제1 평면
24 분할 그루브 방향/ 이동 방향
25 삽입 라인1 thin film solar cell
2 boards
3 front electrode layer
4 photoelectric conversion semiconductor
5 rear electrodes
6 first split groove
7 groove
8 Second Division Groove
9 'dead' zone
10 optical head
11 diffractive optical elements
12 multiple laser beams
13 condenser objective
14 incident laser beam
15 second plane
16 optical axis
17 pitch
18 DOE split
19 diameter
20 central loading blocks
21 means of adjustment
22 divisions
23 first plane
24 division groove direction / movement direction
25 insertion lines

Claims

회절 광학 소자(11), 집광 대물렌즈(13) 및 조정 수단(21)을 포함하는, 레이저 스크라이빙 장치에서 사용하도록 구성된 레이저 광학 헤드(10)에 있어서,
상기 회절 광학 소자(11) 및 집광 대물렌즈(13)는 하나의 공통된 광학 축(16)에서 상호 이격되도록 배치되고, 상기 조정 수단(21)은 상기 광학 축(16)에 직교하는 제3 평면에서 상기 회절 광학 소자(11)를 회전시키도록 구성되는,
레이저 광학 헤드.In the laser optical head 10 configured for use in a laser scribing apparatus, comprising a diffractive optical element 11, a condenser objective 13 and an adjusting means 21,
The diffractive optical element 11 and the condenser objective 13 are arranged to be spaced apart from each other on one common optical axis 16, and the adjusting means 21 is in a third plane perpendicular to the optical axis 16. Configured to rotate the diffractive optical element 11,
Laser optical head.

제1항에 있어서,
상기 조정 수단(21)은 상기 광학 축(16)의 둘레로 상기 회절 광학 소자(11)를 회전시키는 동력화 스테이지(21) 및/또는 스테퍼 모터를 포함하는,
레이저 광학 헤드.The method of claim 1,
The adjusting means 21 comprises a motorizing stage 21 and / or a stepper motor for rotating the diffractive optical element 11 around the optical axis 16,
Laser optical head.

제1항 또는 제2항에 있어서,
제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 광학 축(16)의 정해진 각 위치(θ)에서 상기 회절 광학 소자(11)를 위치 설정하도록 구성되는.
레이저 광학 헤드.The method according to claim 1 or 2,
A controller, the controller configured to position the diffractive optical element 11 at a predetermined angular position θ of the optical axis 16.
Laser optical head.

제3항에 있어서,
상기 조정 수단(21)은 각 위치(θ)에서 0.1 mrad 이하의 정확도로 상기 회절 광학 소자(11)를 위치 설정하도록 구성되는,
레이저 광학 헤드.The method of claim 3,
The adjusting means 21 is configured to position the diffractive optical element 11 at an accuracy of 0.1 mrad or less at each position θ,
Laser optical head.

제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 회절 광학 소자(11) 및 집광 대물렌즈(13)는 공통 하우징에 통합되고, 상기 공통 하우징은 환경 변화로 인한 열적 팽창에 대한 상기 공통 하우징의 민감도를 감소시키도록 구성된 물질을 포함하는,
레이저 광학 헤드. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
At least the diffractive optical element 11 and the condenser objective 13 are integrated in a common housing, the common housing comprising a material configured to reduce the sensitivity of the common housing to thermal expansion due to environmental changes,
Laser optical head.

제5항에 있어서,
상기 물질은 저 팽창 물질, 바람직하게 용융 실리카를 포함하는,
레이저 광학 헤드.The method of claim 5,
The material comprises a low expansion material, preferably fused silica,
Laser optical head.

제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(11) 및 집광 대물렌즈(13)는 서로 70mm 이상 150mm 이하, 바람직하게는 25mm 이상 50mm 이하의 간격(18)으로 이격되어 있는,
레이저 광학 헤드.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The diffractive optical element 11 and the condenser objective lens 13 are spaced apart from each other at an interval 18 of 70 mm or more and 150 mm or less, preferably 25 mm or more and 50 mm or less,
Laser optical head.

위치 설정 수단, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 레이저 광학 헤드(10) 및 이동 수단을 포함하는, 기판(2)의 표면을 레이저 가공하도록 구성된 레이저 스크라이빙 장치에 있어서,
상기 위치 설정 수단은 제1 평면(23)에서 상기 기판(2)을 상기 가공될 상기 표면과 정렬시키도록 구성되고,
상기 레이저 광학 헤드(10)는 입사 레이저 빔(14)을 분광함으로써 복수의 레이저 빔(12)을 형성하여, 상기 복수의 레이저 빔(12)이 서로 미리 정해진 일정한 거리(22)를 나타내고, 상기 복수의 레이저 빔(12)이 평행하게 정렬되어 제2 평면(15)을 형성하도록 구성되고,
상기 집광 대물렌즈(13)는 표면에서 평행 그루브(6, 7, 8)를 가공하기 위해 기판(2) 상으로 상기 복수의 레이저 빔(12)을 집광하여, 상기 제1 평면(23) 및 제2 평면(15)이 교차 라인(25)을 형성하고, 상기 기판(2) 상에 입사하는 각각의 레이저 빔에 의해 표면에서 가공된 상기 그루브(6, 7, 8)가 서로 피치(17)만큼 이격되도록 구성하고,
상기 이동 수단은 이동 방향(24)으로 상기 기판(2)에 대해 상기 레이저 광학 헤드(10)를 이동시키도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.A laser scribing apparatus configured to laser process a surface of a substrate 2, comprising a positioning means, the laser optical head 10 according to any one of claims 1 to 7, and a moving means.
The positioning means is configured to align the substrate 2 with the surface to be machined in a first plane 23,
The laser optical head 10 forms a plurality of laser beams 12 by spectroscopy of the incident laser beam 14, such that the plurality of laser beams 12 represent a predetermined constant distance 22 from each other. Laser beams 12 are arranged in parallel to form a second plane 15,
The light converging objective lens 13 condenses the plurality of laser beams 12 onto the substrate 2 to process parallel grooves 6, 7 and 8 on the surface thereof, thereby forming the first plane 23 and the first light. Two planes 15 form an intersecting line 25 and the grooves 6, 7, 8 processed at the surface by respective laser beams incident on the substrate 2 are pitched to each other by a pitch 17. To be spaced apart,
The means for movement is configured to move the laser optical head 10 relative to the substrate 2 in a direction of movement 24,
Laser scribing device.

제8항에 있어서,
상기 조정 수단은 상기 이동 방향(24) 및 교차 라인(25) 사이에서 각 (90°-θ)을 변화시킴으로써 상기 그루브(6, 7, 8)의 피치(17)를 조정하도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.9. The method of claim 8,
The adjusting means is configured to adjust the pitch 17 of the grooves 6, 7, 8 by varying the angle (90 ° -θ) between the direction of movement 24 and the intersection line 25,
Laser scribing device.

제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 각(θ)은 0°이상 90°이하이고 그리고/또는 상기 각(θ)은 적어도 2개의 인접하는 그루브(6, 7, 8)가 적어도 일부 중첩하도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.10. The method according to claim 8 or 9,
The angle θ is between 0 ° and 90 ° and / or the angle θ is configured such that at least two adjacent grooves 6, 7, 8 overlap at least partially,
Laser scribing device.

제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 평면(15)은 상기 제1 평면(23)에 본질적으로 직교하도록 배열되고 그리고/또는 상기 광학 축(16)은 상기 제1 평면(23)에 본질적으로 직교하도록 배열되는,
레이저 스크라이빙 장치.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The second plane 15 is arranged to be essentially orthogonal to the first plane 23 and / or the optical axis 16 is arranged to be essentially orthogonal to the first plane 23,
Laser scribing device.

제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 헤드(10)는 3개 이상 9개 이하의 레이저 빔(12), 바람직하게는 4개의 레이저 빔(12)을 형성하도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.The method according to any one of claims 8 to 11,
The optical head 10 is configured to form three to nine laser beams 12, preferably four laser beams 12,
Laser scribing device.

제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정 수단(21)은 피치(17)가 4mm 이상 10.8mm 이하, 바람직하게 5.5mm 이상 8.5mm 이하, 그리고 더 바람직하게 0.1mm 이하로 형성되도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.13. The method according to any one of claims 8 to 12,
The adjusting means 21 is configured such that the pitch 17 is formed to be 4 mm or more and 10.8 mm or less, preferably 5.5 mm or more and 8.5 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less,
Laser scribing device.

제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광학 헤드(10)는 그루브 위치 설정 정확도가 10μm 이하를 달성하도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.The method according to any one of claims 8 to 13,
The laser optical head 10 is configured to achieve groove positioning accuracy of 10 μm or less,
Laser scribing device.

제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 레이저 빔(12)은 상기 표면(2) 상에 부착된 박막 물질로 그루브(6, 7, 8)를 가공하도록 구성되는,
레이저 스크라이빙 장치.15. The method according to any one of claims 8 to 14,
The plurality of laser beams 12 are configured to process grooves 6, 7, 8 with thin film material attached on the surface 2,
Laser scribing device.

기판(2)의 표면적의 레이저 공정 방법에 있어서,
(a) 상기 기판(2)을 제1 평면(23)에서 가공될 상기 표면과 정렬시키는 단계;
(b) 단일의 레이저 광(14)을 회절 광학 소자(11)에 의해 분광함으로써 복수의 레이저 빔(12)을 생성하여, 상기 복수의 레이저 빔(12)이 서로 미리 정해진 일정한 거리(22)를 나타내고, 상기 복수의 레이저 빔(12)이 평행하게 정렬되어 제2 평면(15)을 형성하는 단계;
(c) 상기 표면에서 평행 그루브(6, 7, 8)를 가공하기 위해 상기 기판(2) 상으로 상기 복수의 레이저 빔(12)을 집광하여 상기 제1 평면(23) 및 제2 평면(15)이 교차 라인(25)을 형성하고, 상기 기판(2) 상에 입사하는 각각의 레이저 빔에 의해 표면에서 가공될 그루브(6, 7, 8)가 요구되는 상기 이동 방향(24) 및 교차 라인(25) 사이의 각 (90°-θ)을 변화시켜 조정가능한 피치(17)만큼 서로 이격되는 단계; 및
(d) 상기 복수의 레이저 빔(12)을 상기 이동 방향(24)으로 상기 기판(2)에 대해 이동시키는 단계;를 포함하는,
레이저 공정 방법.In the laser processing method of the surface area of the board | substrate 2,
(a) aligning the substrate (2) with the surface to be processed in a first plane (23);
(b) A plurality of laser beams 12 are generated by spectroscopy of the single laser light 14 by the diffractive optical element 11, so that the plurality of laser beams 12 have a predetermined constant distance 22 from each other. The plurality of laser beams (12) aligned in parallel to form a second plane (15);
(c) condensing the plurality of laser beams 12 onto the substrate 2 to machine parallel grooves 6, 7 and 8 at the surface, so that the first plane 23 and the second plane 15. ) Forms an intersecting line 25 and the direction of movement 24 and the intersecting line where grooves 6, 7 and 8 to be processed at the surface are required by the respective laser beams incident on the substrate 2. Varying the angle (90 [deg.]-[Theta]) between 25 to be spaced apart from each other by an adjustable pitch 17; And
(d) moving the plurality of laser beams 12 relative to the substrate 2 in the direction of movement 24;
Laser processing method.

제16항에 있어서,
상기 제2 평면(15)은 상기 제1 평면(23)에 본질적으로 직교하도록 정렬되는,
레이저 공정 방법.17. The method of claim 16,
The second plane 15 is aligned to be essentially orthogonal to the first plane 23,
Laser processing method.

제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 이동 방향(24) 및 교차 라인(25) 사이의 각 (90°-θ)을 변화시키는 것은 상기 회절 광학 소자(11)를 회전시켜 영향을 받는,
레이저 공정 방법.18. The method according to claim 16 or 17,
Changing the angle (90 ° -θ) between the direction of movement 24 and the crossing line 25 is affected by rotating the diffractive optical element 11,
Laser processing method.

제18항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(11)를 회전시키는 것은 상기 복수의 빔(12)을 집광하기 위한 집광 대물렌즈(13) 및 상기 회절 광학 소자(11)가 서로 이격되도록 배치되는 광학 축(16)의 둘레로의 회전을 허용하는 이동 스테이지(21)에 의해 영향을 받는,
레이저 공정 방법.19. The method of claim 18,
Rotating the diffractive optical element 11 is around a condensed objective 13 for condensing the plurality of beams 12 and an optical axis 16 in which the diffractive optical element 11 is arranged to be spaced apart from each other. Affected by the moving stage 21 allowing the rotation of
Laser processing method.

제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(11)는 제3 평면에서 회전하고 상기 제3 평면은 입사하는 단일 레이저 빔(14) 및/또는 상기 제2 평면(15)에 본질적으로 직교하는,
레이저 공정 방법.20. The method according to claim 18 or 19,
The diffractive optical element 11 rotates in a third plane and the third plane is essentially orthogonal to the incident single laser beam 14 and / or the second plane 15,
Laser processing method.

제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 방향(24) 및 교차 라인(25) 사이의 각 (90°-θ)을 캘리브레이션 하는 단계를 포함하는,
레이저 공정 방법.21. The method according to any one of claims 16 to 20,
Calibrating an angle (90 ° -θ) between the direction of movement 24 and the intersection line 25,
Laser processing method.

제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 (90°-θ)은 0°이상 90°이하이고 그리고/또는 상기 각 (90°-θ)은 적어도 2개의 인접하는 그루브(6, 7, 8)가 적어도 일부 중첩하도록 구성되는,
레이저 공정 방법.The method according to any one of claims 16 to 21,
The angle (90 ° -θ) is from 0 ° to 90 ° and / or the angle (90 ° -θ) is configured such that at least two adjacent grooves 6, 7, 8 overlap at least partially,
Laser processing method.

제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 부분적으로 중첩하는 그루브(6, 7, 8)를 형성하도록 구성된 단계 (e)가 각 (90°-θ)으로 대안적으로 실행되는 (e) 단계;를 포함하는,
레이저 공정 방법.23. The method according to any one of claims 16 to 22,
(E) wherein step (e) configured to form at least partially overlapping grooves 6, 7, 8 is alternatively performed at an angle (90 ° -θ).
Laser processing method.

제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(11)는 3개 이상 9개 이하의 레이저 빔(12), 바람직하게는 4개의 레이저 빔(12)을 형성하도록 구성되는,
레이저 공정 방법.24. The method according to any one of claims 16 to 23,
The diffractive optical element 11 is configured to form three or more and nine or less laser beams 12, preferably four laser beams 12,
Laser processing method.

제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 방향(24) 및 교차 라인(25) 사이의 각 (90°-θ)은 상기 피치(17)가 4mm 이상 10.8mm 이하, 바람직하게 5.5mm 이상 8.5mm 이하, 그리고 더 바람직하게 0.1mm 이하로 형성되도록 구성되는,
레이저 공정 방법.25. The method according to any one of claims 16 to 24,
The angle (90 ° -θ) between the moving direction 24 and the crossing line 25 is such that the pitch 17 is 4 mm or more and 10.8 mm or less, preferably 5.5 mm or more and 8.5 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less. Configured to be formed of,
Laser processing method.

제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(11)는 그루브 위치 설정 정확도가 10μm 이하를 달성하도록 상기 기판(2) 상에 상기 복수의 레이저 빔(12)을 집광하도록 구성되는,
레이저 공정 방법.26. The method according to any one of claims 16 to 25,
The diffractive optical element 11 is configured to focus the plurality of laser beams 12 on the substrate 2 such that groove positioning accuracy achieves 10 μm or less.
Laser processing method.

박막 태양 전지(1)를 제조하는 방법에 있어서,
(1) 기판(2) 상에 박막 물질(3, 4, 5)을 부착하는 단계; 및,
(2) 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 상기 기판(2)을 레이저 가공하는 단계로서, 상기 박막 물질(3, 4, 5)이 가공되는 표면을 포함하는 단계; 또는
(2') 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 레이저 스크라이빙 장치로 상기 기판(2)을 레이저 가공하는 단계로서, 상기 박막 물질(3, 4, 5)이 가공되는 표면을 포함하는 단계;를 포함하는,
박막 태양 전지를 형성하는 방법.In the method of manufacturing the thin film solar cell 1,
(1) attaching the thin film material 3, 4, 5 onto the substrate 2; And
(2) laser processing the substrate (2) by the method according to any one of claims 16 to 26, comprising a surface on which the thin film material (3, 4, 5) is processed; or
(2 ') laser processing the substrate 2 with the laser scribing apparatus according to any one of claims 8 to 15, wherein the surface on which the thin film materials 3, 4 and 5 are processed is Including; comprising;
How to form a thin film solar cell.

제27항에 있어서,
상기 (2) 단계 또는 (2') 단계는 상기 기판(2) 표면적의 적어도 20％를 레이저 가공하는 단계를 포함하는,
박막 태양 전지를 형성하는 방법.28. The method of claim 27,
The step (2) or (2 ') comprises laser processing at least 20% of the surface area of the substrate 2,
How to form a thin film solar cell.

박막 태양 전지(1)를 포함하는, 기판(2)을 복수의 세그먼트로 세그먼트화 하기 위한 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 레이저 스크라이빙 장치의 용도에서,
상기 박막 태양 전지(1)는 상기 기판(2)과 상기 기판(2) 상에 부착된 박막 물질(3, 4, 5)을 포함하고, 상기 박막 물질(3, 4, 5)은 상기 레이저 스크라이빙 장치에 의해 가공될 표면을 포함하는,
레이저 스크라이빙 장치의 용도.In the use of the laser scribing device according to any one of claims 8 to 15 for segmenting a substrate 2 into a plurality of segments, comprising a thin film solar cell 1,
The thin film solar cell 1 includes the substrate 2 and thin film materials 3, 4, 5 attached on the substrate 2, and the thin film materials 3, 4, 5 are attached to the laser stack. Comprising a surface to be processed by the crushing device,
Use of a laser scribing device.